[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

说明书

本发明的一种海上并网风力发电系统无功补偿装置，包括互感器、信号调理电路、同步采样电路、数字信号处理器DSP、可编程逻辑器FPGA、系统保护模块、声光报警装置、驱动电路、逆变器。通过互感器和直流测量环节将采集到的电网侧电压、负载侧电流、无功补偿装置的输出电流和直流侧电压，经处理后送入数字信号处理器DSP；DSP根据釆样得到的系统电压、负载侧电流得出无功电流参考值，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。本发明能够快速实现无功补偿，同时具备声光报警检测装置，性能安全可靠。

技术领域

本发明属于并网风力发电技术领域，涉及一种海上并网风力发电系统无功补偿装置及其控制方法。

背景技术

随着中国政策对可再生能源发电的重视和风力发电技术的快速发展，风力发电建设已进入一个快速发展的时期。风力发电在带来清洁能源的同时，还具有间歇性和随机性，这些特性会对电力系统带来一些负面影响。海上风电场一般都会离岸几十公里，需要通过海上升压站和长距离的海底电缆才能实现功率传输，长距离的海底电缆在空载情况下呈容性，随着传输功率的增加，海底电缆可能处于消耗感性无功或产生容性无功的状态，由于无功功率与电压稳定性的强相关性，使得大型风电场的接入将对电网电压的稳定性产生一定的影响。

因此，有必要采取措施来快速准确地跟踪风力发电系统所需无功电流并给与相应补偿。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种能够快速准确地跟踪系统所需无功电流并给与相应补偿的一种海上并网风力发电系统无功补偿装置及其控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

本发明的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、信号调理电路、同步采样电路、数字信号处理器DSP、可编程逻辑器FPGA、系统保护模块、声光报警装置、驱动电路、逆变器。

所述的互感器，包括电压互感器和电流互感器。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；从而避免数字信号处理器DSP因输入值过高而损坏。

所述的同步采样电路，用于产生与风力发电系统电网交流电压同步的触发脉冲，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。由于锯齿波与电网交流电压是同步的，所以触发脉冲与电网电压也能保持同步。

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。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。

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，通过驱动电路来驱动逆变器中IGBT的导通。

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；当系统发生故障时，接收系统保护模块产生的声光报警信号，启动声光报警装置，发出警报和闪烁相应的故障灯。