朱家瑋 彭國(guó)敬

摘要：隨著風(fēng)電機(jī)組向大容量方向發(fā)展，單個(gè)變流器容量無(wú)法滿足大機(jī)組變流的需求，需要采用小功率變流器并聯(lián)運(yùn)行的方式，替代大功率開(kāi)關(guān)器件，在提高系統(tǒng)容量的同時(shí)確保其滿足額定運(yùn)行要求。本文重點(diǎn)探討并聯(lián)型風(fēng)電變流器環(huán)流抑制技術(shù)，解決并聯(lián)型變流器大容量傳遞及環(huán)流問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流均分，確保各變流器間輸出電壓的一致性，提升并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性和冗余性。隨著新型能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，以變流器為風(fēng)力發(fā)電核心器件的技術(shù)不斷成熟，僅憑單套變流器無(wú)法完成大能量的傳遞和轉(zhuǎn)換，須采用變流器并聯(lián)的方式提高系統(tǒng)功率等級(jí)。使用環(huán)流控制器，抑制并聯(lián)系統(tǒng)中的零序環(huán)流，確保各變流器間輸出電流的一致性，提升并聯(lián)系統(tǒng)的安全可靠性和冗余性。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)型;變流器;環(huán)流抑制技術(shù)

1 變流器并聯(lián)運(yùn)行技術(shù)概述

變流器的并聯(lián)方式有：1）功率模塊直接并聯(lián)。直接連接多個(gè)功率模塊的橋臂中點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各模塊的同一驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制。2）組件模塊級(jí)并聯(lián)。將多組IGBT模塊經(jīng)由公共直流母線電容連接形成一個(gè)組件，并聯(lián)各組件模塊之后，再通過(guò)公共濾波電感或串聯(lián)電感與風(fēng)力發(fā)電機(jī)相連，有利于隔離系統(tǒng)削弱高頻環(huán)流，有效降低系統(tǒng)諧波。3）系統(tǒng)模塊級(jí)并聯(lián)。將若干個(gè)單獨(dú)控制的模塊組成一個(gè)整體，共用一個(gè)中央控制器，解決不同子系統(tǒng)的電流均分問(wèn)題，有利于模塊化生產(chǎn)和故障模塊的及時(shí)更換。并聯(lián)變流器控制方法主要包括有：1）集中控制法。通過(guò)中央控制器為各并聯(lián)變流器模塊提供平均的電流信號(hào)和電壓基準(zhǔn)值，實(shí)現(xiàn)同步電壓波形的輸出。2）下垂控制法。采用無(wú)互聯(lián)線控制的方式，將不同模塊的輸出電壓和頻率調(diào)整至公共值，有效抑制環(huán)流的生成。3）分布控制法。并聯(lián)系統(tǒng)中各個(gè)變流器模塊處于同等地位，無(wú)須中央控制器，經(jīng)由互聯(lián)信號(hào)線進(jìn)行電壓/電流幅值、相角和頻率等信息的交互，完成負(fù)載電流均分。4）主從控制法。并聯(lián)系統(tǒng)中各變流器模塊處于不同等的地位，由主模塊中的中央控制器生成電壓幅值和頻率的基準(zhǔn)信號(hào)，將其傳遞給從模塊的控制器，通過(guò)調(diào)節(jié)從模塊變流器的電流大小，確保主模塊變流器的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 并聯(lián)型風(fēng)電變流器環(huán)流抑制技術(shù)應(yīng)用分析

采用載波移相技術(shù)的變流器并聯(lián)系統(tǒng)能夠有效降低總電流諧波分量，然而同時(shí)也會(huì)增大支路電流諧波分量，產(chǎn)生較大的零序環(huán)流，為此要對(duì)其進(jìn)行抑制，增強(qiáng)并聯(lián)型風(fēng)電變流器系統(tǒng)的可靠性。1）環(huán)流控制器設(shè)計(jì)。要對(duì)并聯(lián)型變流器系統(tǒng)中較大的零序電流進(jìn)行抑制，須將環(huán)流控制器設(shè)計(jì)為閉環(huán)控制系統(tǒng)，即電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制方式，使兩模塊變流器共用電壓外環(huán)，保證母線電壓的穩(wěn)定性，并采用獨(dú)立但整定參數(shù)相同的電流內(nèi)環(huán)，變換生成SVPWM三相原始正弦調(diào)制波，修正WVPWM三相調(diào)制波，消除零序環(huán)流。可以采用一種基于PR控制器的環(huán)流抑制器，調(diào)節(jié)變流器的零序調(diào)制波，實(shí)現(xiàn)對(duì)零序環(huán)流的抑制，達(dá)到精準(zhǔn)控制環(huán)流的效果。

2）對(duì)載波移相系統(tǒng)環(huán)流的抑制。由于載波移相技術(shù)在降低并網(wǎng)總電流諧波的過(guò)程中，也會(huì)在支路電流中生成較大的諧波分量和變流器間零序環(huán)流。環(huán)流控制器，能有效抑制環(huán)流，實(shí)現(xiàn)支路電流的重合和負(fù)載電流均分，降低支路諧波分量，使之由6.31%降至3.32%，并將三次諧波構(gòu)成的零序環(huán)流幅值抑制在2.9A以內(nèi)，較好地保障總電流的質(zhì)量，確保風(fēng)電并聯(lián)變流器系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3）開(kāi)關(guān)頻率對(duì)環(huán)流的影響及抑制。當(dāng)變流器的開(kāi)關(guān)頻率不同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致支路電流不均分的環(huán)流現(xiàn)象。將環(huán)流控制器加入到并聯(lián)系統(tǒng)之中，可將環(huán)流幅值限制在較小范圍之內(nèi)，使負(fù)載電流得以均分，有效降低支路諧波的含量，符合并網(wǎng)電流諧波的要求，確保電流的質(zhì)量。通過(guò)應(yīng)用驗(yàn)證可知，在并聯(lián)系統(tǒng)中采用環(huán)流控制器能夠?qū)⒘阈颦h(huán)流控制在2.2A以內(nèi)，提高支路電流的重合度，并降低支路諧波含量，使之由4.92%降至3.47%，提高并聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

4）濾波電感對(duì)環(huán)流的影響及抑制。如果濾波電感大小不一致，則會(huì)導(dǎo)致零序環(huán)流的生成，出現(xiàn)系統(tǒng)支路電流的畸變現(xiàn)象。將環(huán)流控制器加入到并聯(lián)系統(tǒng)之中，通過(guò)環(huán)流控制器有效抑制濾波電感不一致而引發(fā)的零序環(huán)流，并抑制支路電流的諧波含量，降低總電流諧波，確保電流的質(zhì)量。通過(guò)應(yīng)用分析可知，系統(tǒng)中采用環(huán)流控制器可以將因?yàn)V波電感不同而產(chǎn)生的環(huán)流抑制在2.7A以內(nèi)，并均分負(fù)載電流，降低諧波含量，使之降至3.32%。

三、環(huán)流等效模型

圖1所示為實(shí)際工程應(yīng)用中普遍采用的兩臺(tái)變流器共直流側(cè)并聯(lián)拓?fù)鋱D，變流器并聯(lián)控制必然帶來(lái)如圖1所示的環(huán)流問(wèn)題。

3.1兩種環(huán)流抑制策略

由上文分析可知，并聯(lián)變流器機(jī)、網(wǎng)測(cè)的環(huán)流相互獨(dú)立并且環(huán)流產(chǎn)生的主要原因是兩機(jī)側(cè)或網(wǎng)側(cè)變流器的三相橋臂占空比的零軸分量dgz1≠dgz2或dσz1≠dσz2。在進(jìn)行環(huán)流抑制時(shí)可對(duì)機(jī)、網(wǎng)側(cè)進(jìn)行分開(kāi)設(shè)計(jì)，以機(jī)側(cè)環(huán)流抑制為例的兩種環(huán)流抑制策略。下面將分別介紹

（1） 忽略機(jī)側(cè)變流器的并聯(lián)上、下橋臂PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的不一致問(wèn)題。在機(jī)側(cè)變流器的控制中加入零序電流控制，設(shè)計(jì)環(huán)流抑制器只抑制機(jī)側(cè)變流器的環(huán)流，機(jī)器變流器2的環(huán)流自然得到抑制。使用電流傳感器測(cè)得機(jī)側(cè)變流器的三相電流并算出Z軸（零軸）電流信號(hào)作為反饋信號(hào)送入環(huán)流抑制器，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器作為環(huán)流抑制器的輸出再分送補(bǔ)償?shù)饺鄻虮壅伎毡攘闶噶可蟻?lái)調(diào)整零軸分量dgz1，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)流的抑制。

（2） 考慮并聯(lián)上、下管的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的一致性。采用機(jī)側(cè)兩個(gè)變流器用一個(gè)DSP控制（網(wǎng)側(cè)類似），也就是機(jī)側(cè)并聯(lián)采用一個(gè)電流環(huán)控制。該控制策略通過(guò)將電流傳感器檢測(cè)到的兩個(gè)變流器的三相電流之和送入PI調(diào)節(jié)器的反饋端，電流環(huán)的給定由轉(zhuǎn)矩控制算法得到，通過(guò)一個(gè)電流環(huán)調(diào)節(jié)后輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)SVPWM來(lái)控制兩并聯(lián)變流器的開(kāi)通和關(guān)斷。在并聯(lián)側(cè)采用同一個(gè)載波和同一個(gè)調(diào)制信號(hào)，避免了控制策略的上、下橋臂PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的不一致問(wèn)題，從而達(dá)到抑制橋臂環(huán)流的目的。

四、小結(jié)

綜上所述，并聯(lián)型變流器系統(tǒng)存在常見(jiàn)的環(huán)流問(wèn)題，本文提出并聯(lián)型風(fēng)電變流器的設(shè)計(jì)方法，并提出基于PR控制的閉環(huán)零序環(huán)流抑制策略，在并聯(lián)型風(fēng)電系統(tǒng)中加入環(huán)流控制器，分析開(kāi)關(guān)頻率、濾波電感等參數(shù)對(duì)環(huán)流的影響，有效降低并聯(lián)型風(fēng)電系統(tǒng)的零序環(huán)流，提高變流器并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。后續(xù)還要深入研究三模塊并聯(lián)或更多模塊并聯(lián)的多模

塊級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，并采用調(diào)節(jié)零矢量作用時(shí)間的方式進(jìn)行環(huán)流抑制，并進(jìn)一步驗(yàn)證環(huán)流控制器的實(shí)用性能。

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