于1. 1倍额定值时，变流器应能长时 运行，即直流母线电压不应超过1100V，所以Λ U设置为25V，此时直流母线电压参考值
，小于电容额定电压，满足长时运行要求。
[0038] 全功率变流器只有网侧可以产生无功。所以，为了降低变流器端电网电压幅值，同 时也为了满足潜在的国标要求，电网电压升高期间网侧必须以产生无功电流为目标，其次 才是输送有功。变流器最大电流受容量限制，有功电流和无功电流的平方和不应大于总电 流的平方，所以当由电网正序电压标么值计算得到无功电流参考值之后，即可求得变流器 容量允许范围内有功电流参考值的最大值。
[0039] 以2丽全功率变流器为例，其额定电流^为1673Α，取k = 3,则无功电流参考值 可以由下式获得，
[0040] Iq= -I NXkX (UT-1. 1)
[0041] 变流器总电流标幺值可以达到1. 1，则得到输出有功功率标幺值为
，易知在限定范围内，PJ·亘大于1，说明即使在无功优先模式 下电压的升高也不影响网侧额定有功功率输出。所以，高穿稳态期间，卸荷无需动作。
[0042] 假设变流器最大电流为Is，则最大有功电流参考值IdMax由下式求得。
[0044] 如前面所述，直流母线电压参考值在高电压期间是动态调整的，为了提高卸荷响 应速度的同时又能保证直流母线电压处在较高的参考值位置时避免卸荷动作，使用了随母 线参考值动态调整卸荷投入占空比值的策略。图3所示为卸荷控制流程图，当直流母线电 压大于卸荷投入阈值时直接设置占空比为1，当直流母线电压小于卸荷切出阈值时直接设 置占空比为0,其他情况，占空比D与直流母线电压实际值和参考值的偏差Λ Ud。成线性关 系，计算方法如下式所示。
[0046] 以2MW全功率变流器为例，考虑到直流母线电容1. 15倍过压值为1265V，所以式中 卸荷完全投入直流母线电压偏差值Λ UMax设置为1250V，Λ U Μιη设置可以取稳态母线控制 偏差值，例如10V。
[0047] 常规电流控制器获取到电流信号之后，首先进行正负序分离，再将分离后的序分 量输入到PI调节器，这种方式信号在正负序分离过程中会产生滞后，降低了电流控制器的 响应速度。
[0048] 图4所示为本发明的基于参考和误差滤波信号解耦的电流控制算法。电流经过旋 转变换到正序坐标系下的电流，记为正序坐标系电流'，电流经过旋转变换到负序坐标系 下的电流，记为负序坐标系电流& ;正序电流控制器的有功电流参考 < 和无功电流参考f 分别与正序坐标系电流做差，得到有功电流误差信号Δζ；；和无功电流误差信号，进入 PI调节器。有功电流参考€与经过低通滤波的有功电流误差信号么€做差得到d轴正负序 解耦项?6乘以电感感抗ω L的乘积作为无功解耦前馈项，无功电流参考'f与经过低通 滤波器的误差信号&^做差得到q轴正负序解耦项，?乘以电感感抗ω L的乘积作为有 功解耦前馈项和(；；经过二重反旋转变换得到负序坐标系下的正序分量，与负序坐标系 电流&做差得到负序电流ζ；;负序电流控制器的有功电流参考 < 和无功电流参考f设置 为〇,负序电流控制器结构与（2)至（3)所述的正序电流控制器相同。正序电流控制器输出 4，负序电流控制器输出心同时进入SVPWM调试算法，驱动功率单元动作。
[0049] 以2MW全功率变流器为例，仿真验证本发明所述控制方法。变流器额定功率运行 时电网电压平衡升高至1. 3倍的仿真结果如图5a所示。图5a中，上图所示电网电压uabc 平衡升高时，直流母线电压udc在升高和恢复暂态有冲击，卸荷动作抑制了母线过压；下图 所示网侧电流iabc在高电压稳态初期由于直流母线电压偏低，过调制导致电流正弦度不 高，但随着直流母线电压升高，电流控制效果逐渐好转，总体效果较好。变流器额定功率运 行时电网电压不平衡升高至1. 3倍的仿真结果如图5b所示。图5b中，上图所示电网电压 uabc不平衡升高时，直流母线电压udc在升高和恢复暂态有冲击，卸荷动作抑制了母线过 压；下图所示高压稳态期间电流控制器作用，保证了网侧电流iabc正弦无畸变。
【主权项】
1. 一种风电全功率变流器高电压穿越控制方法，其特征在于：所述的控制方法通过W 下四个控制策略的共同作用实现：策略一是动态调整直流母线电压参考值；策略二是总电 流限制条件下无功电流优先；策略=是随母线参考值动态调整卸荷投入占空比值；策略四 是基于参考和误差滤波信号解禪的电流控制算法。2. 根据权利要求1所述的风电全功率变流器高电压穿越控制方法，其特征在于：所述 的直流母线电压参考值Ud/调整方法如下式所示，式中，Ug为电网正序电压有效值，AU为控制余量，UdeMi。为电网电压正常时直流母线电 压参考值，UdtM。、为安全运行所允许的最大直流母线电压参考值。3. 根据权利要求1所述的风电全功率变流器高电压穿越控制方法，其特征在于：所述 的总电流限制条件下无功电流优先的策略为：网侧变流器优先满足无功电流的需求，然后 通过平方差求取最大有功电流参考值，并W此值作为有功电流参考值的限幅值。4. 根据权利要求3所述的风电全功率变流器高电压穿越控制方法，其特征在于：所述 的最大有功电流参考值IdM。、由下式求得，式中，Ut为电网正序电压标么值，IW为网侧变流器额定电流，k为无功调整系数，Ig为 变流器最大电流。5. 根据权利要求1所述的风电全功率变流器高电压穿越控制方法，其特征在于：所述 的随母线参考值动态调整卸荷投入占空比值的策略为：在电压升高和恢复的暂态过程，采 用卸荷抑制，当直流母线电压大于设定阔值投入卸荷，当直流母线电压小于设定阔值切出 卸荷，两阔值间设置滞环。6. 根据权利要求5所述的风电全功率变流器高电压穿越控制方法，其特征在于：所述 的卸荷投入占空比值D与直流母线电压实际值和参考值的偏差AUd。成线性关系，如下式所 示，式中，A叫。"。为卸荷完全切出直流母线电压偏差值，AUdeM。、为卸荷完全投入直流母线 电压偏差值。卸荷的滞环控制条件做为安全辅助条件，当直流母线电压大于投入阔值则设 定卸荷投入占空比D= 1，当直流母线电压小于切出阔值则设定卸荷投入占空比D= 0。7. 根据权利要求1所述的风电全功率变流器高电压穿越控制方法，其特征在于：所述 的基于参考和误差滤波信号解禪的电流控制算法是通过负序电流控制器作用，控制电流中 负序分量为零，稳态时总电流全部为正序电流，采用负序坐标系下电流减去正序参考值和 经过低通滤波的误差电流的方法获取负序电流。8. 根据权利要求7所述的风电全功率变流器高电压穿越控制方法，其特征在于：所述 的基于参考和误差滤波信号解禪的电流控制算法如下： (I)电流经过旋转变换到正序坐标系下的电流，记为正序坐标系电流蘇，电流经过旋转 变换到负序坐标系下的电流，记为负序坐标系电流而； 似正序电流控制器的有功电流参考毯*和无功电流参考^'分别与正序坐标系电流揉 做差，得到有功电流误差信号AC和无功电流误差信号心，进入PI调节器； (3) 有功电流参考Cf与经过低通滤波的有功电流误差信号您^做差得到d轴正负序解 禪项/；；，d轴正负序解禪项C乘W电感感抗COL的乘积作为无功解禪前馈项，无功电流参 考'C与经过低通滤波器的误差信号^^做差得到q轴正负序解禪项g' ?q轴正负序解禪项 V乘W电感感抗《L的乘积作为有功解禪前馈项； (4) d正负序解禪项皆和q轴正负序解禪项iV经过二重反旋转变换得到负序坐标系下 的正序分量，与负序坐标系电流項做差得到负序电流 (5) 负序电流控制器的有功电流参考;;'和无功电流参考坡置为0，负序电流控制器 结构与（2)至（3)所述的正序电流控制器相同； (6) 正序电流控制器输出，负序电流控制器输出句同时进入SVPWM调试算法，驱动 功率单元动作。
【专利摘要】一种风电全功率变流器高电压穿越控制方法，当电网电压骤升超过1.1倍额定电压时，通过与直流母线连接的卸荷电路抑制暂态过压，通过有功无功解耦的正负序电流控制器输出随电网电压相关的感性无功电流以降低电网电压幅值，通过动态调整直流母线电压参考值防止出现过调制。使用本发明所述方法，无需进行复杂的模式切换，就能够实现电网电压不超过1.3倍额定值的情况下，变流器不脱网运行，并提供有效的感性无功输出。
【IPC分类】H02J3/38, H02J3/16, H02J3/14, H02J3/12
【公开号】CN105375523
【申请号】CN201510875872
【发明人】董志然, 许洪华
【申请人】科诺伟业风能设备（北京）有限公司
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年12月3日