無功補償控制器方案解析

1　引言

大型并網型風力發電機一般采用異步發電機。異步發電機在向電網輸出有功功率的同時，還必須從電網中吸收感性的無功功率，加重了電網無功功率負擔。異步發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過補償直接并網，就會表現出功率因數（PF）較低，不僅對電網形成污染，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，電網穩定性降低等問題。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質量，具有重要的實際意義。目前調節無功的裝置主要有調相機、有源靜止無功補償器、并聯補償電容器等。相對來說前兩種裝置價格較高，結構、控制比較復雜。目前一般采用了并聯電容器對無功進行補償，這種靜止補償器具有結構簡單、經濟、控制和維護方便、運行可靠等優點。通過并聯電容器的補償后，異步發電機向電網提供有功的同時，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

要取得無功補償的最佳效果，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。可以對電網參量進行實時的檢測和處理，從而達到無功補償的最佳效果。

2.1　無功功率的測量

本控制器采用一種基于對A/D轉換后的采樣序列經傅立葉變換從干擾的輸入信號中對基波電壓（電流）復數振幅的實部和虛部進行計算，并利用它們來實現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u1（k）：

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