风电场智能化无功补偿装置及无功补偿方法与流程

本发明属于风电场无功补偿技术领域，尤其涉及一种风电场智能化无功补偿装置及控制技术。

背景技术：

随着新能源技术水平不断进步和产业化趋势作用下，我国风电产业获得高速发展，截止到2015年底，中国新增风电装机容量为145104MW，占据全球风电装机容量的33.6%。风能具有随机性的特点，使得风电并网后对整个大电网的可靠性和电能质量具有很大影响。由于风电场从发电到并网过程会消耗大量的无功功率，导致含风电场的电网电压出现波动较大、频率偏差、功率因数偏低等问题。目前，风电无功问题通过改善风力发电机组的输出特性和增设无功补偿装置来实现，现有风电场无功补偿装置多需要人为控制投切量的大小和投切时间，研究风电场智能化无功补偿装置及控制技术是风电场无功补偿技术领域的发展趋势。

技术实现要素：

发明目的：

本发明提供一种风电场智能化无功补偿装置，其目的是解决以往所存在的问题，实现含风电场电网无功功率的智能化调节。

技术方案：

一种风电场智能化无功补偿装置，该装置包括DSP最小系统、高精度传感器组、信号处理模块、触发模块、补偿模块、上位机、通讯模块、电网和报警模块，其中高精度传感器组的测量端与电网相连接，高精度传感器组的信号输出端与信号处理模块的输入端相连接，信号处理模块的输出端与DSP最小系统信号输入端相连接，触发模块的控制端与DSP最小系统的输出端相连接，触发模块的输出端与补偿模块的控制端相连接，补偿模块的输出端与电网相连接，上位机的通讯端口通过通讯模块与DSP最小系统的通讯端口相连接，报警模块的输入端和DSP最小系统的信号输出端相链接。

DSP最小系统包括DSP、电源单元、编程单元、仿真器、时钟单元、显示单元、复位单元、外部扩展单元和晶振单元，其中电源单元的输出端与DSP的电源输入端相连接，编程单元的输出端与DSP的编程端口相连接，编程单元的输入端与仿真器的输出端相连接，时钟单元的输出端与DSP的时钟信号输入端相连接，显示单元的输入端与DSP的显示信号输出端相连接，复位单元的输出端与DSP的复位信号输入端相连接，外部扩展单元的输入端与DSP9的扩展信号输出端相连接，晶振单元的输出端与DSP的晶振信号输入端相连接。

信号处理模块电路由电压跟随器、运算放大器、线性光耦、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻及电源VCC、电源V组成，其中高精度传感器组输出信号经过第一电阻进入到电压跟随器的正输入端子，电压跟随器的第一电源输入端子和第二电源输入端子分别与电源V的正、负端子相连接，电压跟随器的负输入端子经过第三电阻与电压跟随器的输出端子相连接，电压跟随器的输出端子与运算放大器的正输入端子相连接，运算放大器的第一电源输入端子与第二电源输入端子分别与电源V的正负端子相连接，运算放大器的负输入端子经过第二电阻、第四电阻组成的两个并联支路分别于电源V的正、负输出端子相连接，运算放大器的输出端子与线性光耦的第三端子相连接，线性光耦的第二端子经过第五电阻与电源VCC的负端相连接，线性光耦的第五端子与电源的VCC的负端相连接，线性光耦的第八端子与电源的VCC的正端相连接，线性光耦的第一端子、第四端子和第七端子悬空，线性光耦的第八端子经过第六电阻与线性光耦的第六端子相连接，线性光耦的第六端子与DSP的信号输入端子相连接。

第四电阻为可调电阻。

高精度传感器组通过传感器固定架设置在被测物上，传感器固定架包括支撑盒、上V形支撑卡、下V形支撑卡和调整螺杆；在支撑盒的两端设置有限位滑道，限位滑道为沿支撑盒长度方向设置的条形滑道；

上V形支撑卡包括上卡臂和上随动臂，上卡臂和上随动臂通过扭簧连接形成V形结构；下V形支撑卡包括下卡臂和下随动臂，下卡臂和下随动臂通过另一个扭簧连接形成V形结构； 两个扭簧均套在移动滚筒上，移动滚筒的中心设置有滚动轴，滚动轴的两端伸进限位滑道内并在使用时沿限位滑道移动；

上随动臂与下随动臂通过活动轴活动连接，活动轴连接带有螺纹的拉动杆，拉动杆沿与限位滑道垂直的方向穿过支撑盒并通过螺纹与支撑盒螺纹配合；

在上卡臂的上端设置有用于在垂直方向压住传感器的垂直固定压片。

如上述的风电场智能化无功补偿装置所实施的无功补偿方法，该方法利用DSP处理器强大的数据处理及通讯能力，通过实时采样含风电场电网参数，通过内部运算处理得到风电场电网的功率因数，发送触发脉冲控制补偿装置投入容量，实现对含风电场电网无功功率的智能化调节，同时能够将电网参数及无功曲线在上位机显示界面中实时显示出来。

该方法具体操作如下：

(1) 系统上电，自检；

(2) 采集电网电压、电流信息；

(3) 信号处理模块进行信号转换、隔离处理；

(4) DSP对电网电压、电流进行运算、处理，得到功率因数；

(5) DSP发送触发脉冲，控制补偿装置投切容量；

(6) 结束。

优点效果：本发明提供一种风电场智能化无功补偿装置，其利用DSP处理器强大的数据处理及通讯能力，通过实时采样含风电场电网参数，通过内部运算处理得到风电场电网的功率因数，发送触发脉冲控制补偿装置投入容量，实现对含风电场电网无功功率的智能化调节，同时能够将电网参数及无功曲线在上位机显示界面中实时显示出来。风电场智能化无功补偿装置具有结构简单、响应特性好、稳定性强、通讯速度快及安全性能高等优点。

附图说明：

图1风电场智能化无功补偿装置结构简图；

图2 DSP最小系统结构图；

图3 信号处理模块电路图；

图4 信号处理模块输入及输出信号；

图5为传感器固定架的结构示意图。

图中：1 DSP最小系统；2 高精度传感器组；3 信号处理模块；4 触发模块；5 补偿模块；6 上位机；7 通讯模块；8 电网、9 DSP；10 电源单元；11 编程单元；12 仿真器；13 时钟单元；14 显示单元；15 复位单元；16 外部扩展单元；17 晶振单元；18 报警模块。

具体实施方式：

本发明提供一种风电场智能化无功补偿装置，风电场智能化无功补偿装置实时采集电网电压和电流信号，经过运算、处理得到电网功率因数，同时发送触发脉冲调节补偿装置容量，实现对含有风电场电网无功智能化补偿。风电场智能化无功补偿装置结构简图如图1所示。风电场智能化无功补偿装置包括DSP最小系统1、高精度传感器组2、信号处理模块3、触发模块4、补偿模块5、上位机6、通讯模块7、电网8和报警模块18，其中高精度传感器组2的测量端与电网8相连接，高精度传感器组2的信号输出端与信号处理模块3的输入端相连接，信号处理模块3的输出端与DSP最小系统1信号输入端相连接，触发模块4的控制端与DSP最小系统1的输出端相连接，触发模块4的输出端与补偿模块5的控制端相连接，补偿模块5的输出端与电网8相连接，上位机6的通讯端口通过通讯模块7与DSP最小系统1的通讯端口相连接，报警模块18的输入端和DSP最小系统1的信号输出端相链接。

DSP最小系统1由DSP9、电源单元10、编程单元11、仿真器12、时钟单元13、显示单元14、复位单元15、外部扩展单元16和晶振单元17组成，其中电源单元10的输出端与DSP9的电源输入端相连接，编程单元11的输出端与DSP9的编程端口相连接，编程单元11的输入端与仿真器12的输出端相连接，时钟单元13的输出端与DSP9的时钟信号输入端相连接，显示单元14的输入端与DSP9的显示信号输出端相连接，复位单元15的输出端与DSP9的复位信号输入端相连接，外部扩展单元16的输入端与DSP9的扩展信号输出端相连接，晶振单元17的输出端与DSP9的晶振信号输入端相连接。

信号处理模块3主要实现高精度传感器组2的输出信号与DSP最小系统1之间的信号匹配，电路如附图3所示，信号处理模块3的输入信号及输出信号如附图4（a）、（b）所示。信号处理模块3电路由电压跟随器L1、运算放大器L2、线性光耦L3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6及电源VCC、电源V组成，其中高精度传感器组2输出信号经过第一电阻R1进入到电压跟随器L1的正输入端子3a，电压跟随器L1的第一电源输入端子1a和第二电源输入端子4a分别与电源V的正、负端子相连接，电压跟随器L1的负输入端子2a经过第三电阻R3与电压跟随器L1的输出端子5a相连接，电压跟随器L1的输出端子5a与运算放大器L2的正输入端子3b相连接，运算放大器L2的第一电源输入端子1b与第二电源输入端子4b分别与电源V的正负端子相连接，运算放大器L2的负输入端子经过第二电阻R2、第四电阻R4组成的两个并联支路分别于电源V的正、负输出端子相连接，运算放大器L2的输出端子5b与线性光耦L3的第三端子3c相连接，线性光耦L3的第二端子2c经过第五电阻R5与电源VCC的负端相连接，线性光耦L3的第五端子5c与电源的VCC的负端相连接，线性光耦L3的第八端子8c与电源的VCC的正端相连接，线性光耦L3的第一端子1c、第四端子4c和第七端子7c悬空，线性光耦L3的第八端子8c经过第六电阻R6与线性光耦L3的第六端子6c相连接，线性光耦L3的第六端子6c与DSP9的信号输入端子相连接。

第四电阻R4为可调电阻。

高精度传感器组2通过传感器固定架设置在被测物上，传感器固定架包括支撑盒111、上V形支撑卡、下V形支撑卡和调整螺杆888；在支撑盒111的两端设置有限位滑道666，限位滑道666为沿支撑盒111长度方向设置的条形滑道；

上V形支撑卡包括上卡臂333和上随动臂333-1，上卡臂333和上随动臂333-1通过扭簧连接形成V形结构；下V形支撑卡包括下卡臂222和下随动臂222-1，下卡臂222和下随动臂222-1通过另一个扭簧444连接形成V形结构； 两个扭簧均套在移动滚筒上，移动滚筒的中心设置有滚动轴555，滚动轴555的两端伸进限位滑道666内并在使用时沿限位滑道666移动；

上随动臂333-1与下随动臂222-1通过活动轴777活动连接，活动轴777连接带有螺纹999的拉动杆888，拉动杆888沿与限位滑道666垂直的方向穿过支撑盒111并通过螺纹999与支撑盒111螺纹配合；

在上卡臂333的上端设置有用于在垂直方向压住传感器的垂直固定压片000。

该传感器固定架使用时，将拉动杆888向内旋拧（也就是图中的右上方向），使得上卡臂333与下卡臂222之间向外张开，然后将上卡臂333与下卡臂222分别置于被测装置的上表面和下表面，将传感器置于垂直固定压片000底部，然后反向旋拧动杆888，使得上卡臂333与下卡臂222之间向内收拢并逐渐夹紧被测物，使得传感器与被测物紧密接触完成操作，卸下或更换传感器时重复旋拧拉动杆888的动作即可。

该方法利用DSP处理器强大的数据处理及通讯能力，通过实时采样含风电场电网参数，通过内部运算处理得到风电场电网的功率因数，发送触发脉冲控制补偿装置投入容量，实现对含风电场电网无功功率的智能化调节，同时能够将电网参数及无功曲线在上位机显示界面中实时显示出来。

风电场智能化无功补偿装置控制过程描述：

(1) 系统上电，自检；

(2) 采集电网电压、电流信息；

(3) 信号处理模块进行信号转换、隔离处理；

(4) DSP对电网电压、电流进行运算、处理，得到功率因数；

(5) DSP发送触发脉冲，控制补偿装置投切容量；

(6) 结束。