本發(fā)明屬于風(fēng)電場無功補償技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)電場智能化無功補償裝置及控制技術(shù)。

背景技術(shù)：

隨著新能源技術(shù)水平不斷進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)化趨勢作用下，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)獲得高速發(fā)展，截止到2015年底，中國新增風(fēng)電裝機容量為145104MW，占據(jù)全球風(fēng)電裝機容量的33.6%。風(fēng)能具有隨機性的特點，使得風(fēng)電并網(wǎng)后對整個大電網(wǎng)的可靠性和電能質(zhì)量具有很大影響。由于風(fēng)電場從發(fā)電到并網(wǎng)過程會消耗大量的無功功率，導(dǎo)致含風(fēng)電場的電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動較大、頻率偏差、功率因數(shù)偏低等問題。目前，風(fēng)電無功問題通過改善風(fēng)力發(fā)電機組的輸出特性和增設(shè)無功補償裝置來實現(xiàn)，現(xiàn)有風(fēng)電場無功補償裝置多需要人為控制投切量的大小和投切時間，研究風(fēng)電場智能化無功補償裝置及控制技術(shù)是風(fēng)電場無功補償技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：

本發(fā)明提供一種風(fēng)電場智能化無功補償裝置，其目的是解決以往所存在的問題，實現(xiàn)含風(fēng)電場電網(wǎng)無功功率的智能化調(diào)節(jié)。

技術(shù)方案：

一種風(fēng)電場智能化無功補償裝置，該裝置包括DSP最小系統(tǒng)、高精度傳感器組、信號處理模塊、觸發(fā)模塊、補償模塊、上位機、通訊模塊、電網(wǎng)和報警模塊，其中高精度傳感器組的測量端與電網(wǎng)相連接，高精度傳感器組的信號輸出端與信號處理模塊的輸入端相連接，信號處理模塊的輸出端與DSP最小系統(tǒng)信號輸入端相連接，觸發(fā)模塊的控制端與DSP最小系統(tǒng)的輸出端相連接，觸發(fā)模塊的輸出端與補償模塊的控制端相連接，補償模塊的輸出端與電網(wǎng)相連接，上位機的通訊端口通過通訊模塊與DSP最小系統(tǒng)的通訊端口相連接，報警模塊的輸入端和DSP最小系統(tǒng)的信號輸出端相鏈接。

DSP最小系統(tǒng)包括DSP、電源單元、編程單元、仿真器、時鐘單元、顯示單元、復(fù)位單元、外部擴展單元和晶振單元，其中電源單元的輸出端與DSP的電源輸入端相連接，編程單元的輸出端與DSP的編程端口相連接，編程單元的輸入端與仿真器的輸出端相連接，時鐘單元的輸出端與DSP的時鐘信號輸入端相連接，顯示單元的輸入端與DSP的顯示信號輸出端相連接，復(fù)位單元的輸出端與DSP的復(fù)位信號輸入端相連接，外部擴展單元的輸入端與DSP9的擴展信號輸出端相連接，晶振單元的輸出端與DSP的晶振信號輸入端相連接。

信號處理模塊電路由電壓跟隨器、運算放大器、線性光耦、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻及電源VCC、電源V組成，其中高精度傳感器組輸出信號經(jīng)過第一電阻進(jìn)入到電壓跟隨器的正輸入端子，電壓跟隨器的第一電源輸入端子和第二電源輸入端子分別與電源V的正、負(fù)端子相連接，電壓跟隨器的負(fù)輸入端子經(jīng)過第三電阻與電壓跟隨器的輸出端子相連接，電壓跟隨器的輸出端子與運算放大器的正輸入端子相連接，運算放大器的第一電源輸入端子與第二電源輸入端子分別與電源V的正負(fù)端子相連接，運算放大器的負(fù)輸入端子經(jīng)過第二電阻、第四電阻組成的兩個并聯(lián)支路分別于電源V的正、負(fù)輸出端子相連接，運算放大器的輸出端子與線性光耦的第三端子相連接，線性光耦的第二端子經(jīng)過第五電阻與電源VCC的負(fù)端相連接，線性光耦的第五端子與電源的VCC的負(fù)端相連接，線性光耦的第八端子與電源的VCC的正端相連接，線性光耦的第一端子、第四端子和第七端子懸空，線性光耦的第八端子經(jīng)過第六電阻與線性光耦的第六端子相連接，線性光耦的第六端子與DSP的信號輸入端子相連接。

第四電阻為可調(diào)電阻。

高精度傳感器組通過傳感器固定架設(shè)置在被測物上，傳感器固定架包括支撐盒、上V形支撐卡、下V形支撐卡和調(diào)整螺桿；在支撐盒的兩端設(shè)置有限位滑道，限位滑道為沿支撐盒長度方向設(shè)置的條形滑道；

上V形支撐卡包括上卡臂和上隨動臂，上卡臂和上隨動臂通過扭簧連接形成V形結(jié)構(gòu)；下V形支撐卡包括下卡臂和下隨動臂，下卡臂和下隨動臂通過另一個扭簧連接形成V形結(jié)構(gòu)； 兩個扭簧均套在移動滾筒上，移動滾筒的中心設(shè)置有滾動軸，滾動軸的兩端伸進(jìn)限位滑道內(nèi)并在使用時沿限位滑道移動；

上隨動臂與下隨動臂通過活動軸活動連接，活動軸連接帶有螺紋的拉動桿，拉動桿沿與限位滑道垂直的方向穿過支撐盒并通過螺紋與支撐盒螺紋配合；

在上卡臂的上端設(shè)置有用于在垂直方向壓住傳感器的垂直固定壓片。

如上述的風(fēng)電場智能化無功補償裝置所實施的無功補償方法，該方法利用DSP處理器強大的數(shù)據(jù)處理及通訊能力，通過實時采樣含風(fēng)電場電網(wǎng)參數(shù)，通過內(nèi)部運算處理得到風(fēng)電場電網(wǎng)的功率因數(shù)，發(fā)送觸發(fā)脈沖控制補償裝置投入容量，實現(xiàn)對含風(fēng)電場電網(wǎng)無功功率的智能化調(diào)節(jié)，同時能夠?qū)㈦娋W(wǎng)參數(shù)及無功曲線在上位機顯示界面中實時顯示出來。

該方法具體操作如下：

(1) 系統(tǒng)上電，自檢；

(2) 采集電網(wǎng)電壓、電流信息；

(3) 信號處理模塊進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換、隔離處理；

(4) DSP對電網(wǎng)電壓、電流進(jìn)行運算、處理，得到功率因數(shù)；

(5) DSP發(fā)送觸發(fā)脈沖，控制補償裝置投切容量；

(6) 結(jié)束。

優(yōu)點效果：本發(fā)明提供一種風(fēng)電場智能化無功補償裝置，其利用DSP處理器強大的數(shù)據(jù)處理及通訊能力，通過實時采樣含風(fēng)電場電網(wǎng)參數(shù)，通過內(nèi)部運算處理得到風(fēng)電場電網(wǎng)的功率因數(shù)，發(fā)送觸發(fā)脈沖控制補償裝置投入容量，實現(xiàn)對含風(fēng)電場電網(wǎng)無功功率的智能化調(diào)節(jié)，同時能夠?qū)㈦娋W(wǎng)參數(shù)及無功曲線在上位機顯示界面中實時顯示出來。風(fēng)電場智能化無功補償裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)特性好、穩(wěn)定性強、通訊速度快及安全性能高等優(yōu)點。

附圖說明：

圖1風(fēng)電場智能化無功補償裝置結(jié)構(gòu)簡圖；

圖2 DSP最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖3 信號處理模塊電路圖；

圖4 信號處理模塊輸入及輸出信號；

圖5為傳感器固定架的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1 DSP最小系統(tǒng)；2 高精度傳感器組；3 信號處理模塊；4 觸發(fā)模塊；5 補償模塊；6 上位機；7 通訊模塊；8 電網(wǎng)、9 DSP；10 電源單元；11 編程單元；12 仿真器；13 時鐘單元；14 顯示單元；15 復(fù)位單元；16 外部擴展單元；17 晶振單元；18 報警模塊。

具體實施方式：

本發(fā)明提供一種風(fēng)電場智能化無功補償裝置，風(fēng)電場智能化無功補償裝置實時采集電網(wǎng)電壓和電流信號，經(jīng)過運算、處理得到電網(wǎng)功率因數(shù)，同時發(fā)送觸發(fā)脈沖調(diào)節(jié)補償裝置容量，實現(xiàn)對含有風(fēng)電場電網(wǎng)無功智能化補償。風(fēng)電場智能化無功補償裝置結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。風(fēng)電場智能化無功補償裝置包括DSP最小系統(tǒng)1、高精度傳感器組2、信號處理模塊3、觸發(fā)模塊4、補償模塊5、上位機6、通訊模塊7、電網(wǎng)8和報警模塊18，其中高精度傳感器組2的測量端與電網(wǎng)8相連接，高精度傳感器組2的信號輸出端與信號處理模塊3的輸入端相連接，信號處理模塊3的輸出端與DSP最小系統(tǒng)1信號輸入端相連接，觸發(fā)模塊4的控制端與DSP最小系統(tǒng)1的輸出端相連接，觸發(fā)模塊4的輸出端與補償模塊5的控制端相連接，補償模塊5的輸出端與電網(wǎng)8相連接，上位機6的通訊端口通過通訊模塊7與DSP最小系統(tǒng)1的通訊端口相連接，報警模塊18的輸入端和DSP最小系統(tǒng)1的信號輸出端相鏈接。

DSP最小系統(tǒng)1由DSP9、電源單元10、編程單元11、仿真器12、時鐘單元13、顯示單元14、復(fù)位單元15、外部擴展單元16和晶振單元17組成，其中電源單元10的輸出端與DSP9的電源輸入端相連接，編程單元11的輸出端與DSP9的編程端口相連接，編程單元11的輸入端與仿真器12的輸出端相連接，時鐘單元13的輸出端與DSP9的時鐘信號輸入端相連接，顯示單元14的輸入端與DSP9的顯示信號輸出端相連接，復(fù)位單元15的輸出端與DSP9的復(fù)位信號輸入端相連接，外部擴展單元16的輸入端與DSP9的擴展信號輸出端相連接，晶振單元17的輸出端與DSP9的晶振信號輸入端相連接。

信號處理模塊3主要實現(xiàn)高精度傳感器組2的輸出信號與DSP最小系統(tǒng)1之間的信號匹配，電路如附圖3所示，信號處理模塊3的輸入信號及輸出信號如附圖4（a）、（b）所示。信號處理模塊3電路由電壓跟隨器L1、運算放大器L2、線性光耦L3、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6及電源VCC、電源V組成，其中高精度傳感器組2輸出信號經(jīng)過第一電阻R1進(jìn)入到電壓跟隨器L1的正輸入端子3a，電壓跟隨器L1的第一電源輸入端子1a和第二電源輸入端子4a分別與電源V的正、負(fù)端子相連接，電壓跟隨器L1的負(fù)輸入端子2a經(jīng)過第三電阻R3與電壓跟隨器L1的輸出端子5a相連接，電壓跟隨器L1的輸出端子5a與運算放大器L2的正輸入端子3b相連接，運算放大器L2的第一電源輸入端子1b與第二電源輸入端子4b分別與電源V的正負(fù)端子相連接，運算放大器L2的負(fù)輸入端子經(jīng)過第二電阻R2、第四電阻R4組成的兩個并聯(lián)支路分別于電源V的正、負(fù)輸出端子相連接，運算放大器L2的輸出端子5b與線性光耦L3的第三端子3c相連接，線性光耦L3的第二端子2c經(jīng)過第五電阻R5與電源VCC的負(fù)端相連接，線性光耦L3的第五端子5c與電源的VCC的負(fù)端相連接，線性光耦L3的第八端子8c與電源的VCC的正端相連接，線性光耦L3的第一端子1c、第四端子4c和第七端子7c懸空，線性光耦L3的第八端子8c經(jīng)過第六電阻R6與線性光耦L3的第六端子6c相連接，線性光耦L3的第六端子6c與DSP9的信號輸入端子相連接。

第四電阻R4為可調(diào)電阻。

高精度傳感器組2通過傳感器固定架設(shè)置在被測物上，傳感器固定架包括支撐盒111、上V形支撐卡、下V形支撐卡和調(diào)整螺桿888；在支撐盒111的兩端設(shè)置有限位滑道666，限位滑道666為沿支撐盒111長度方向設(shè)置的條形滑道；

上V形支撐卡包括上卡臂333和上隨動臂333-1，上卡臂333和上隨動臂333-1通過扭簧連接形成V形結(jié)構(gòu)；下V形支撐卡包括下卡臂222和下隨動臂222-1，下卡臂222和下隨動臂222-1通過另一個扭簧444連接形成V形結(jié)構(gòu)； 兩個扭簧均套在移動滾筒上，移動滾筒的中心設(shè)置有滾動軸555，滾動軸555的兩端伸進(jìn)限位滑道666內(nèi)并在使用時沿限位滑道666移動；

上隨動臂333-1與下隨動臂222-1通過活動軸777活動連接，活動軸777連接帶有螺紋999的拉動桿888，拉動桿888沿與限位滑道666垂直的方向穿過支撐盒111并通過螺紋999與支撐盒111螺紋配合；

在上卡臂333的上端設(shè)置有用于在垂直方向壓住傳感器的垂直固定壓片000。

該傳感器固定架使用時，將拉動桿888向內(nèi)旋擰（也就是圖中的右上方向），使得上卡臂333與下卡臂222之間向外張開，然后將上卡臂333與下卡臂222分別置于被測裝置的上表面和下表面，將傳感器置于垂直固定壓片000底部，然后反向旋擰動桿888，使得上卡臂333與下卡臂222之間向內(nèi)收攏并逐漸夾緊被測物，使得傳感器與被測物緊密接觸完成操作，卸下或更換傳感器時重復(fù)旋擰拉動桿888的動作即可。

該方法利用DSP處理器強大的數(shù)據(jù)處理及通訊能力，通過實時采樣含風(fēng)電場電網(wǎng)參數(shù)，通過內(nèi)部運算處理得到風(fēng)電場電網(wǎng)的功率因數(shù)，發(fā)送觸發(fā)脈沖控制補償裝置投入容量，實現(xiàn)對含風(fēng)電場電網(wǎng)無功功率的智能化調(diào)節(jié)，同時能夠?qū)㈦娋W(wǎng)參數(shù)及無功曲線在上位機顯示界面中實時顯示出來。

風(fēng)電場智能化無功補償裝置控制過程描述：

(1) 系統(tǒng)上電，自檢；

(2) 采集電網(wǎng)電壓、電流信息；

(3) 信號處理模塊進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換、隔離處理；

(4) DSP對電網(wǎng)電壓、電流進(jìn)行運算、處理，得到功率因數(shù)；

(5) DSP發(fā)送觸發(fā)脈沖，控制補償裝置投切容量；

(6) 結(jié)束。