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 11

3 并网并联变流器控制策略

由系统等效数学模型得图5(a)所示控制框图，其外部控制环(即不包括环流控制环)检测输出滤波器网侧电流igabc，经同步坐标旋转变换到同步坐标

**

系igd、igq。igd、igq和参考电流igd、igq比较，差值

式中：C32是克拉克变换矩阵；C为派克变换矩阵

第j个变流器的电流，在基波同步坐标系下分解成

dj、i qj的叠加，可表 直流分量dj、qj和交流分量i

示为式(16)，直流分量是基波正序电流，交流量是

负序或其它谐波成分。

dj idj dj+i

(16) = i qj qj+iqj 通过一个低通滤波器把交流分量滤除，可得到

基波正序分量，通过派克逆变换把基波正序分量 dj、qj变换到三相静止坐标系iafj、ibfj、icfj，得：

经调节器反变换再经移相的三角波调制控制变流器运行。此种把并联变流器看作单个变流器的控制方式虽然可获得较高的等效开关频率和采样频率，但没有把环流信息包含进控制环，无法对其进行抑制。由2.2节的环流数学模型分析可见，环流是在模块间流通的，包括零序、负序和其它谐波环流。本文基于将把零序、负序和谐波环流提取出来，为每个变流器设计一个独立的环流控制环。

iafj

1dj

ibfj =C23C (17)

qj i cfj

式中C23和C 1分别为克拉克和派克逆变换矩阵。

用iaj、ibj、icj减去反变换出来的基波正序分量iafj、ibfj、icfj得到环流分量iajc、ibjc、icjc，以零作为参考量对环流反馈进行PI调节，PI调节的输出iPiaj、iPibj、iPIcj叠加上三相总电流的反馈PI调节量控制变流器运行，环流检测控制框图如图5(b)所示。

设并联模块数n=3，每个单元的开关频率为 3 kHz，相邻模块载波移相为2π/3，则总的输出电流谐波频带在9 kHz及其整数倍处。图5(c)为假设3个模块并联时各模块的载波信号，其中梯形波是调制信号即采样信号。第1个变换器模块的数据采样在第3个变换器载波的顶端或者底端。变换器B1的调制信号在其载波信号的顶端或者底端加载，其它变换器单元依次类推。相较于单个模块系统，载波移相并联在一定程度上提高了等效采样频率，采样频率的提高对提高系统的带宽和稳定性是有益的，数字控制器的性能也更接近模拟系统。并且，由于低频环流和总的有功电流输出独立控制。低频环流控制环对系统输出的动态性能影响较小，低频环流控制环的独立设计也有效改善了其控制性能。

另外，因为各个模块间的环流之和为零，n+1个模块实际上只需要n个环流控制环。基于模块化考虑本文系统各个模块是完全相同对等的，每个模块都有环流控制环，以易于模块的替换和扩展。仿真和试验验证所提方法的可行性。

(a) 系统控制结构

(b) 环流检测

B1, B2, B采样参考 参考 载波 k

图5 提出的环流控制策略

Fig. 5 Proposed circulation current control scheme

将一个三相模块的三相输出电流iaj、ibj、icj从三相静止坐标系变换到同步旋转坐标系idj、iqj，得：

iaj

idj

=C32C ibj (15) i i qj

cj

4 仿真和试验结果

本文在低速永磁直驱风力发电变流器模型上进行了试验，其中变流器均流电感L1=0.8 mH，直