無功補(bǔ)償控制器方案解析

1　引言

大型并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般采用異步發(fā)電機(jī)。異步發(fā)電機(jī)在向電網(wǎng)輸出有功功率的同時(shí)，還必須從電網(wǎng)中吸收感性的無功功率，加重了電網(wǎng)無功功率負(fù)擔(dān)。異步發(fā)電機(jī)抽取的感性無功功率主要為了滿足勵(lì)磁電流的需要，另一方面，也滿足轉(zhuǎn)子漏磁的需要。單就前一項(xiàng)來說，一般大中型異步電極，勵(lì)磁電流約為其額定電流 20%～25%，如此大的無功吸取如果不經(jīng)過補(bǔ)償直接并網(wǎng)，就會(huì)表現(xiàn)出功率因數(shù)（PF）較低，不僅對(duì)電網(wǎng)形成污染，而且防礙有功功率的輸出，還會(huì)造成線損增加，送電距離遠(yuǎn)的末端用戶電壓降低，電網(wǎng)穩(wěn)定性降低等問題。進(jìn)行無功補(bǔ)償，提高功率因素，對(duì)提高設(shè)備利用率、提高輸電效率及改善電網(wǎng)質(zhì)量，具有重要的實(shí)際意義。目前調(diào)節(jié)無功的裝置主要有調(diào)相機(jī)、有源靜止無功補(bǔ)償器、并聯(lián)補(bǔ)償電容器等。相對(duì)來說前兩種裝置價(jià)格較高，結(jié)構(gòu)、控制比較復(fù)雜。目前一般采用了并聯(lián)電容器對(duì)無功進(jìn)行補(bǔ)償，這種靜止補(bǔ)償器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、控制和維護(hù)方便、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。通過并聯(lián)電容器的補(bǔ)償后，異步發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)提供有功的同時(shí)，所要吸取的無功電流就由電容器提供，從而大大減輕了電網(wǎng)的無功負(fù)擔(dān)。

2　無功補(bǔ)償控制器的基本工作原理

要取得無功補(bǔ)償?shù)淖罴研Ч捅仨殰?zhǔn)確地測(cè)量出有功功率和無功功率。當(dāng)前測(cè)量有功功率和無功功率的方法很多，本文將采用傅立葉算法，它是測(cè)量有功功率和無功功率的最為精確和有效的算法，但其計(jì)算量較大，單片機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算速度遠(yuǎn)不能滿足要求，而DSP的應(yīng)用則解決了計(jì)算量大的問題。可以對(duì)電網(wǎng)參量進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)和處理，從而達(dá)到無功補(bǔ)償?shù)淖罴研Ч?/p>

2.1　無功功率的測(cè)量

本控制器采用一種基于對(duì)A/D轉(zhuǎn)換后的采樣序列經(jīng)傅立葉變換從干擾的輸入信號(hào)中對(duì)基波電壓（電流）復(fù)數(shù)振幅的實(shí)部和虛部進(jìn)行計(jì)算，并利用它們來實(shí)現(xiàn)對(duì)有功功率和無功功率的測(cè)量。假設(shè)無噪聲的輸入信號(hào)是頻率為ω的正弦波電壓。

式中：φ—初相位；ψ—電壓相角變化；A—幅值

u（t）可用矢量U的虛部表示。

對(duì){uk｝進(jìn)行離散傅立葉變換得到基波分量的頻譜系數(shù)u1（k）：

可見u1（k）與Um都是表示基波分量的復(fù)數(shù)振幅，uR和uI分別為復(fù)數(shù)振幅的實(shí)部和虛部。