基于载波移相并联的直驱风力发电并网变流器控制策略

第21期 杨恩星等： 基于载波移相并联的直驱风力发电并网变流器控制策略 9

谐波含量要求的条件下，滤波电感的尺寸和电感上的基波压降明显减小。由于采用载波移相调制，系统等效采样频率也可以得到提高，有利于改善系统动态性能和稳定性。文献[3-4]指出载波移相并联对直流侧电容纹波电流要求降低，减少了直流母线电容的用量，但基于载波移相调制的直接并联方式低频环流问题比较突出，若能有效抑制低频环流，该种并联方式具有较高的工程应用价值。

本文采用载波移相模块直接并联的方式，在深入分析载波移相并联变流器环流模型的基础上，采取了总电流输出外环加环流控制环的控制策略，分析了此种控制方式的特点，并进行了仿真和实验验证。

流会严重影响系统可靠性。

2 并网并联变流器及环流模型

2.1 并网变流器等效模型

本文采用反馈LCL滤波器网侧电流，把并联变流器看作单个变流器单元控制，其单相等效电路如图2所示，图中Le、Re、ue分别为并联变流器侧的等效电感、电阻、变流器输出电压。其状态方程为

dieabc

Ledt=ucabc ieabcRe ueabc

ducabc

=i

gabc ieabc (1) Cdt

digabcLg=usabc ucabc dt

Lg1 系统配置

低速永磁直驱风力发电系统如图1(a)所示，由

低速永磁发电机和双脉宽调制变流器组成。

图1(b)为网侧变流器结构，由n个三相单元(B1,…,Bn，n=1,2…，具体并联数由系统容量和冗余数决定)变流器组成。每个单元交流侧串有电感Li和等效电阻Ri(i=1,2,…,n)，理想情况下各模块的Li、Ri具有相同的值。变流器单元在串联电感后并联在一起，然后通过电感Lg和电容C接入电网。n个模块共用一个直流母线，并受同一个控制器控制，相邻模块间的三角载波信号依次移相Tc/n三角载波周期，Tc是三角载波周期。总输出电流的等效开关频率是单个模块开关频率的n倍[3]。载波移相并联模块间存在较大的环流，若模块间系统参数离散和控制信号含有零序分量等，会产生低频环流，低频环

图2 系统单相等效模型

Fig. 2 Equivalent model of the system

将网侧电流变换到同步坐标系：

digdq11

= jω0igdq+usdq ucdq (2) dtLgLg

式中：ucabc电容端电压；ieabc为并联变流器侧等效输

出电流；usabc为电网电压。此数学模型是网侧变流器等效模型，该模型中没有包含模块间环流信息，因此不能通过网侧电流反馈实现抑制环流的目标。 2.2 环流模型

图3为变流器载波移相并联系统，可控半导体器件用一个理想开关来表示，系统输出阻抗的差异等效到并联阻抗上，uaj、ubj、ucj(j=1,2,…,n)为第j个变流器单元的三相输出电压，usa、usb、usc为电网电压。

(a) 低速永磁直驱风力发电系统

UUUuc

O

(b) 网侧变流器

图3 三相载波移相并联系统

Fig. 3 Three-phase carrier phase shifting parallel converter

图1 系统配置 Fig. 1 System configuration

由图3，根据基尔霍夫电压定律得到第1个三

相模块的数学模型方程：