استخراج توابع انتقال به ‌منظور جداسازي انتشار جريان هارمونيكي اوليه و ثانويه در يك مزرعه بادي

Extraction of Transfer Functions for Decomposition of Primary and Secondary Current Harmonic Emission in a Wind Farm

كاربرد مبدل‌هاي الكترونيك قدرت در توربين‌هاي بادي، منجر به توليد هارمونيك و ميان‌هارمونيك مي‌شود. همچنين كليدزني مبدل‌ها، منجر به اغتشاش توان اكتيو خروجي توربين‌ها مي‌شود. برهم‌كنش هارمونيكي مزارع بادي با شبكه بالادستي، انتشار هارمونيك‌ها در آن و تقويت اين انتشارها به‌واسطه تشديدهاي موجود در كابل‌هاي انتقال زيرزميني، مي‌تواند به افزايش مشكلات كيفيت توان منجر شود. اين مقاله روشي را براي مطالعه و دسته‌بندي انتشارهاي جريان هارمونيكي متداول در يك مزرعه بادي ارائه مي‌دهد. اين روش از مفهوم تابع انتقال براي ارزيابي سهم جريان هارمونيكي هر توربين بادي در محل اتصال مشترك به شبكه و نيز سهم ولتاژ هارمونيكي پس‌زمينه شبكه بر اعوجاج جريان هارمونيكي هر يك از توربين‌ها استفاده مي‌كند. در اين راستا، استخراج توابع انتقال ولتاژ و جريان، و امپدانس و ادميتانس انتقال بر اساس نظريه مدار و مدل‌سازي هارمونيكي اجزاي مزرعه بادي از سمت ولتاژ متوسط ترانسفورماتور توربين در حوزه فركانس انجام مي‌شود. دو دسته انتشار هارمونيكي تحت عنوان انتشار اوليه و انتشار ثانويه بر اساس اين توابع بررسي مي‌شود. به كمك اين روش مي‌توان سهم هر توربين و نيز سهم شبكه را در انتشار برآيند مزرعه بادي تفكيك كرد. همچنين تأثير تابع انتقال فيلتر LCL رايج در توربين‌هاي بادي بر هر يك از آن توابع انتقال بررسي مي‌شود. نتيجه مهم حاصل‌شده اين است كه حضور اين فيلتر باعث مي‌شود دامنه تابع انتقال هارمونيكي اوليه از توربين به توربين در محدوده فركانسي معيني از دامنه تابع انتقال اوليه از توربين به شبكه بيش‌تر باشد.

Application of power electronic converters in wind turbines results in generation of harmonic and interharmonic. Also, the switching of converters results in turbines active output power distortions. Harmonic interaction of wind farms with external grid, harmonic propagations in it and amplification of these propagations due to resonance of underground transmission cables, can leads to increase in power quality problems. This paper presents a method for study and classification of conventional current harmonic emissions in a wind farm. This method uses the concept of transfer function in order to evaluate the harmonic contributions of each wind turbines at point of connection as well as the contribution of external grid background harmonic voltage on each turbine current harmonic distortion. In this regard, extraction of voltage and current transfer functions, transfer admittance and impedance is done based on circuit theory and harmonic modeling of wind farm components from medium voltage (MV) side of turbine transformer in frequency domain. Two classification of harmonic propagation called as “primary emission” and “secondary emission” is evaluated based on these functions. With use of this method, the contribution of each turbine and also the contribution of external grid at overall wind farm emission can be decomposed. Also, the impact of transfer function of conventional LCL filter used in wind turbines, on each those transfer functions, is studied. The important conclusion is that the presence of this filter causes that the amplitude of primary harmonic transfer function from one turbine to another turbine, in special frequency range, be more than the amplitude of primary harmonic transfer function from one turbine to the grid.