基于DSP的簡單、經(jīng)濟(jì)、實用的無功補(bǔ)償器設(shè)計

http://21ic.com　　摘　要：介紹了應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電控系統(tǒng)中無功補(bǔ)償控制器的研制，此控制器實現(xiàn)基于dsp的對電網(wǎng)電壓和從發(fā)電機(jī)流出的電流快速、準(zhǔn)確的檢測，進(jìn)行fft變換，精確算出所要補(bǔ)償?shù)臒o功分量的值，從而對電網(wǎng)進(jìn)行適時、有效的補(bǔ)償。
關(guān)鍵詞：dsp；fft；無功補(bǔ)償 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，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(bǔ)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(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。相對來說前兩種裝置價格較高，結(jié)構(gòu)、控制比較復(fù)雜。目前一般采用了并聯(lián)電容器對無功進(jìn)行補(bǔ)償，這種靜止補(bǔ)償器具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)、控制和維護(hù)方便、運行可靠等優(yōu)點。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，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)確地測量出有功功率和無功功率。當(dāng)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(jī)系統(tǒng)的計算速度遠(yuǎn)不能滿足要求，而dsp的應(yīng)用則解決了計算量大的問題?？梢詫﹄娋W(wǎng)參量進(jìn)行實時的檢測和處理，從而達(dá)到無功補(bǔ)償?shù)淖罴研Ч?br>
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(fù)數(shù)振幅的實部和虛部進(jìn)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(shè)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u（t）信號每周采樣n次產(chǎn)生采樣序列｛uk｝


式中：t0／n—采樣間隔。
對｛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）：

　　對正弦輸入信號可證明：

　　u1（k）是輸入信號的基波頻譜系數(shù)，由式（1）、（2）、和（3）可得出u（k）與um的關(guān)系。


　　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)振幅的實部和虛部。

　　利用輸入信號基波電壓（電流）復(fù)數(shù)振幅的實部和虛部可以求得交流電壓u、交流電流i、有功功率p和無功功率q的有效值，為此先將復(fù)數(shù)振幅的實部和虛部變成有效值，假設(shè)輸入電壓復(fù)數(shù)振幅的實部和虛部有效值用ur和ui表示，由式

（3）不難求出輸入電壓的有效值為：

式中：ir，ii—輸入電流復(fù)數(shù)振幅的實部和虛部的有效值。

　　對于三相三線電網(wǎng)，為減少測量和計算，可先假定一參考點，如c相，在這種情況下，可僅同時測量兩線電壓和兩相電流uac，


　　用它們計算出兩個等效的有功功率和無功功率，最后將有功功率和無功功率相加得總的有功功率和無功功率。即：


2．2　測量數(shù)據(jù)的采集
　　交流電參量的測量方法主要分為兩大類：模擬電路測量方法和采樣計算式測量方法。其中模擬電路測量方法準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，但不太適用于多參數(shù)測量。采樣計