[发明专利]一种海上并网风力发电系统无功补偿装置及其控制方法

权利要求书

1.一种海上并网风力发电系统无功补偿装置，用于海上并网风力发电系统；所述的海上并网风力发电系统包括风轮机、齿轮箱、双馈式感应发电机组、支撑架、PI控制器、无功补偿装置、海上升压站、海底电缆、陆上集控中心，其特征在于，包括：

互感器，用于采集风力发电系统电压与电流、负载侧电流、无功补偿装置的输出电流和直流侧电压；

信号调理电路，用于将互感器采集到的信号调理成一定范围的单极性电压信号，以满足数字信号处理器DSP的工作范围；

同步采样电路，用于产生与风力发电系统电网交流电压同步的触发脉冲；

数字信号处理器DSP，用于将调理后的输入信号转化为数字量，并按照一定的算法计算出电流电压的参考值以及相应的脉冲调制系数；

可编程逻辑器FPGA，通过自身内部的三角载波比较式直接电流控制方法，产生对应控制逆变器的SPWM脉冲信号；

系统保护模块，用于保护系统及内部器件的安全；

声光报警装置，用于线路发生故障时的声光报警；

驱动电路，用于放大SPWM脉冲信号来控制IGBT的通断；

逆变器，用于将直流侧的电压转化为所需要的交流信号；

通过互感器及其直流测量环节将采集到的风力发电电网侧的电压、负载侧电流、无功补偿装置的输出电流和直流侧电压，经处理送入到数字信号处理器DSP；数字信号处理器DSP根据釆样得到的系统电压，负载侧电流得出无功电流的参考值，然后通过运算比较产生相应的SPWM脉宽值送给可编程逻辑器FPGA，产生对应控制逆变器开关器件IGBT的脉冲信号，使逆变器产生的补偿电流能够快速准确地跟踪参考电流。

2.根据权利要求1所述的一种海上并网风力发电系统无功补偿装置，其特征是，所述的同步采样电路，包括锁相环及锯齿波发生器；所述的锁相环产生一个跟随风力发电系统电网频率及相位的时钟信号，并使锯齿波发生器产生与电网交流电源同步的锯齿波；触发脉冲产生电路将锯齿波电压与控制电压进行比较，当锯齿波电压大于控制电压时，产生与电网电压保持同步的触发脉冲。

3.根据权利要求1所述的一种海上并网风力发电系统无功补偿装置，其特征是，所述的互感器包括电压互感器和电流互感器。

4.根据权利要求3所述的一种海上并网风力发电系统无功补偿装置，其特征是，所述的电压互感器采用VSM025A型霍尔电压互感器。

5.根据权利要求3所述的一种海上并网风力发电系统无功补偿装置，其特征是，所述的电流互感器采用CSM300B霍尔电流互感器。

6.根据权利要求1所述的一种海上并网风力发电系统无功补偿装置，其特征是，所述的数字信号处理器DSP采用TMS320F28335芯片。

7.根据权利要求1所述的一种海上并网风力发电系统无功补偿装置，其特征是，所述的可编程逻辑器FPGA采用EP3C40Q240C8芯片。

8.根据权利要求1所述的一种海上并网风力发电系统无功补偿装置，其特征是，所述的数字信号处理器DSP与可编程逻辑器FPGA相连，对釆样得到的风力发电系统电压与电流、直流侧电压以及逆变器输出电流计算产生相应的SPWM脉宽值，并将调制系数发送给可编程逻辑器FPGA的脉冲发生器。

9.一种海上并网风力发电系统无功补偿控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

电压互感器、电流互感器测出电压、电流信号，输出与原信号成比例的电压信号；

所述的成比例的电压信号经过信号调理电路，将电压信号转换成适合A/D允许输入范围的电压并进行数模转换；同时，同步采样电路产生一个与电网电压频率、相位相同的同步工作脉冲以及电网基波频率倍数的A/D同步采样启动信号；

数字信号处理器DSP根据A/D转换成的数字量，对A/D同步釆样得到的系统电压与电流计算出无功电流的参考值,同时通过程序运算产生符合逆变器要求的SPWM脉宽值，并通过串行通信将调制系数k送入可编程逻辑器FPGA中；

可编程逻辑器FPGA输出的SPWM信号触发相应的IGBT的通断，实现无功电流的动态跟踪及补偿。