無功補償控制器方案解析

1　引言

大型并網(wǎng)型風力發(fā)電機一般采用異步發(fā)電機。異步發(fā)電機在向電網(wǎng)輸出有功功率的同時，還必須從電網(wǎng)中吸收感性的無功功率，加重了電網(wǎng)無功功率負擔。異步發(fā)電機抽取的感性無功功率主要為了滿足勵磁電流的需要，另一方面，也滿足轉(zhuǎn)子漏磁的需要。單就前一項來說，一般大中型異步電極，勵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)過補償直接并網(wǎng)，就會表現(xiàn)出功率因數(shù)（PF）較低，不僅對電網(wǎng)形成污染，而且防礙有功功率的輸出，還會造成線損增加，送電距離遠的末端用戶電壓降低，電網(wǎng)穩(wěn)定性降低等問題。進行無功補償，提高功率因素，對提高設備利用率、提高輸電效率及改善電網(wǎng)質(zhì)量，具有重要的實際意義。目前調(diào)節(jié)無功的裝置主要有調(diào)相機、有源靜止無功補償器、并聯(lián)補償電容器等。相對來說前兩種裝置價格較高，結(jié)構(gòu)、控制比較復雜。目前一般采用了并聯(lián)電容器對無功進行補償，這種靜止補償器具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟、控制和維護方便、運行可靠等優(yōu)點。通過并聯(lián)電容器的補償后，異步發(fā)電機向電網(wǎng)提供有功的同時，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)的無功負擔。

2　無功補償控制器的基本工作原理

要取得無功補償?shù)淖罴研Ч?，就必須準確地測量出有功功率和無功功率。當前測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，它是測量有功功率和無功功率的最為精確和有效的算法，但其計算量較大，單片機系統(tǒng)的計算速度遠不能滿足要求，而DSP的應用則解決了計算量大的問題。可以對電網(wǎng)參量進行實時的檢測和處理，從而達到無功補償?shù)淖罴研Ч?/p>

2.1　無功功率的測量

本控制器采用一種基于對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中對基波電壓（電流）復數(shù)振幅的實部和虛部進行計算，并利用它們來實現(xiàn)對有功功率和無功功率的測量。假設無噪聲的輸入信號是頻率為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{uk｝進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數(shù)振幅，uR和uI分別為復數(shù)振幅的實部和虛部。