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http://21ic.com  摘 要:介绍了应用在风力发电机组电控系统中无功补偿控制器的研制,此控制器实现基于dsp的对电网电压和从发电机流出的电流快速、准确的检测,进行fft变换,精确算出所要补偿的无功分量的值,从而对电网进行适时、有效的补偿。
关键词:dsp;fft;无功补偿 1 引言
  大型并网型风力发电机一般采用异步发电机。异步发电机在向电网输出有功功率的同时,还必须从电网中吸收感性的无功功率,加重了电网无功功率负担。异步发电机抽取的感性无功功率主要为了满足励磁电流的需要,另一方面,也满足转子漏磁的需要。单就前一项来说,一般大中型异步电极,励磁电流约为其额定电流 20%~25%,如此大的无功吸取如果不经过补偿直接并网,就会表现出功率因数(pf)较低,不仅对电网形成污染,而且防碍有功功率的输出,还会造成线损增加,送电距离远的末端用户电压降低,电网稳定性降低等问题。进行无功补偿,提高功率因素,对提高设备利用率、提高输电效率及改善电网质量,具有重要的实际意义。目前调节无功的装置主要有调相机、有源静止无功补偿器、并联补偿电容器等。相对来说前两种装置价格较高,结构、控制比较复杂。目前一般采用了并联电容器对无功进行补偿,这种静止补偿器具有结构简单、经济、控制和维护方便、运行可靠等优点。通过并联电容器的补偿后,异步发电机向电网提供有功的同时,所要吸取的无功电流就由电容器提供,从而大大减轻了电网的无功负担。

2 无功补偿控制器的基本工作原理
  要取得无功补偿的最佳效果,就必须准确地测量出有功功率和无功功率。当前测量有功功率和无功功率的方法很多,本文将采用傅立叶算法,它是测量有功功率和无功功率的最为精确和有效的算法,但其计算量较大,单片机系统的计算速度远不能满足要求,而dsp的应用则解决了计算量大的问题。可以对电网参量进行实时的检测和处理,从而达到无功补偿的最佳效果。

2.1 无功功率的测量
  本控制器采用一种基于对a/d转换后的采样序列经傅立叶变换从干扰的输入信号中对基波电压(电流)复数振幅的实部和虚部进行计算,并利用它们来实现对有功功率和无功功率的测量。假设无噪声的输入信号是频率为ω的正弦波电压。

式中:φ—初相位;ψ—电压相角变化;a—幅值
u(t)可用矢量u的虚部表示。

对u(t)信号每周采样n次产生采样序列{uk}


式中:t0/n—采样间隔。
对{uk}进行离散傅立叶变换得到基波分量的频谱系数u1(k):

  对正弦输入信号可证明:

  u1(k)是输入信号的基波频谱系数,由式(1)、(2)、和(3)可得出u(k)与um的关系。


  可见u1(k)与um都是表示基波分量的复数振幅,ur和ui分别为复数振幅的实部和虚部。

  利用输入信号基波电压(电流)复数振幅的实部和虚部可以求得交流电压u、交流电流i、有功功率p和无功功率q的有效值,为此先将复数振幅的实部和虚部变成有效值,假设输入电压复数振幅的实部和虚部有效值用ur和ui表示,由式

(3)不难求出输入电压的有效值为:

式中:ir,ii—输入电流复数振幅的实部和虚部的有效值。

  对于三相三线电网,为减少测量和计算,可先假定一参考点,如c相,在这种情况下,可仅同时测量两线电压和两相电流uac,


  用它们计算出两个等效的有功功率和无功功率,最后将有功功率和无功功率相加得总的有功功率和无功功率。即:


2.2 测量数据的采集
  交流电参量的测量方法主要分为两大类:模拟电路测量方法和采样计算式测量方法。其中模拟电路测量方法准确度高,稳定性好,但不太适用于多参数测量。采样计

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