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摘要：随着风电机组向大容量方向发展，单个变流器容量无法满足大机组变流的需求，需要采用小功率变流器并联运行的方式，替代大功率开关器件，在提高系统容量的同时确保其满足额定运行要求。本文重点探讨并联型风电变流器环流抑制技术，解决并联型变流器大容量传递及环流问题，实现负载电流均分，确保各变流器间输出电压的一致性，提升并联系统的可靠性和冗余性。随着新型能源产业的快速发展，以变流器为风力发电核心器件的技术不断成熟，仅凭单套变流器无法完成大能量的传递和转换，须采用变流器并联的方式提高系统功率等级。使用环流控制器，抑制并联系统中的零序环流，确保各变流器间输出电流的一致性，提升并联系统的安全可靠性和冗余性。
关键词：并联型;变流器;环流抑制技术
1 变流器并联运行技术概述
变流器的并联方式有：1）功率模块直接并联。直接连接多个功率模块的桥臂中点，实现对各模块的同一驱动信号控制。2）组件模块级并联。将多组IGBT模块经由公共直流母线电容连接形成一个组件，并联各组件模块之后，再通过公共滤波电感或串联电感与风力发电机相连，有利于隔离系统削弱高频环流，有效降低系统谐波。3）系统模块级并联。将若干个单独控制的模块组成一个整体，共用一个中央控制器，解决不同子系统的电流均分问题，有利于模块化生产和故障模块的及时更换。并联变流器控制方法主要包括有：1）集中控制法。通过中央控制器为各并联变流器模块提供平均的电流信号和电压基准值，实现同步电压波形的输出。2）下垂控制法。采用无互联线控制的方式，将不同模块的输出电压和频率调整至公共值，有效抑制环流的生成。3）分布控制法。并联系统中各个变流器模块处于同等地位，无须中央控制器，经由互联信号线进行电压/电流幅值、相角和频率等信息的交互，完成负载电流均分。4）主从控制法。并联系统中各变流器模块处于不同等的地位，由主模块中的中央控制器生成电压幅值和频率的基准信号，将其传递给从模块的控制器，通过调节从模块变流器的电流大小，确保主模块变流器的稳定运行。
2 并联型风电变流器环流抑制技术应用分析
采用载波移相技术的变流器并联系统能够有效降低总电流谐波分量，然而同时也会增大支路电流谐波分量，产生较大的零序环流，为此要对其进行抑制，增强并联型风电变流器系统的可靠性。1）环流控制器设计。要对并联型变流器系统中较大的零序电流进行抑制，须将环流控制器设计为闭环控制系统，即电压外环、电流内环的双闭环控制方式，使两模块变流器共用电压外环，保证母线电压的稳定性，并采用独立但整定参数相同的电流内环，变换生成SVPWM三相原始正弦调制波，修正WVPWM三相调制波，消除零序环流。可以采用一种基于PR控制器的环流抑制器，调节变流器的零序调制波，实现对零序环流的抑制，达到精准控制环流的效果。
2）对载波移相系统环流的抑制。由于载波移相技术在降低并网总电流谐波的过程中，也会在支路电流中生成较大的谐波分量和变流器间零序环流。环流控制器，能有效抑制环流，实现支路电流的重合和负载电流均分，降低支路谐波分量，使之由6.31%降至3.32%，并将三次谐波构成的零序环流幅值抑制在2.9A以内，较好地保障总电流的质量，确保风电并联变流器系统的稳定运行。
3）开关频率对环流的影响及抑制。当变流器的开关频率不同时，会导致支路电流不均分的环流现象。将环流控制器加入到并联系统之中，可将环流幅值限制在较小范围之内，使负载电流得以均分，有效降低支路谐波的含量，符合并网电流谐波的要求，确保电流的质量。通过应用验证可知，在并联系统中采用环流控制器能够将零序环流控制在2.2A以内，提高支路电流的重合度，并降低支路谐波含量，使之由4.92%降至3.47%，提高并联系统的运行稳定性。
4）滤波电感对环流的影响及抑制。如果滤波电感大小不一致，则会导致零序环流的生成，出现系统支路电流的畸变现象。将环流控制器加入到并联系统之中，通过环流控制器有效抑制滤波电感不一致而引发的零序环流，并抑制支路电流的谐波含量，降低总电流谐波，确保电流的质量。通过应用分析可知，系统中采用环流控制器可以将因滤波电感不同而产生的环流抑制在2.7A以内，并均分负载电流，降低谐波含量，使之降至3.32%。
三、环流等效模型
图1所示为实际工程应用中普遍采用的两台变流器共直流侧并联拓扑图，变流器并联控制必然带来如图1所示的环流问题。
3.1两种环流抑制策略
由上文分析可知，并联变流器机、网测的环流相互独立并且环流产生的主要原因是两机侧或网侧变流器的三相桥臂占空比的零轴分量dgz1≠dgz2或dσz1≠dσz2。在进行环流抑制时可对机、网侧进行分开设计，以机侧环流抑制为例的两种环流抑制策略。下面将分别介绍
（1） 忽略机侧变流器的并联上、下桥臂PWM驱动信号的不一致问题。在机侧变流器的控制中加入零序电流控制，设计环流抑制器只抑制机侧变流器的环流，机器变流器2的环流自然得到抑制。使用电流传感器测得机侧变流器的三相电流并算出Z轴（零轴）电流信号作为反馈信号送入环流抑制器，经PI调节器作为环流抑制器的输出再分送补偿到三相桥臂占空比零矢量上来调整零轴分量dgz1，从而实现环流的抑制。
（2） 考虑并联上、下管的PWM驱动信号的一致性。采用机侧两个变流器用一个DSP控制（网侧类似），也就是机侧并联采用一个电流环控制。该控制策略通过将电流传感器检测到的两个变流器的三相电流之和送入PI调节器的反馈端，电流环的给定由转矩控制算法得到，通过一个电流环调节后输出信号经过SVPWM来控制两并联变流器的开通和关断。在并联側采用同一个载波和同一个调制信号，避免了控制策略的上、下桥臂PWM驱动信号的不一致问题，从而达到抑制桥臂环流的目的。
四、小结
综上所述，并联型变流器系统存在常见的环流问题，本文提出并联型风电变流器的设计方法，并提出基于PR控制的闭环零序环流抑制策略，在并联型风电系统中加入环流控制器，分析开关频率、滤波电感等参数对环流的影响，有效降低并联型风电系统的零序环流，提高变流器并联系统的可靠性和稳定性。后续还要深入研究三模块并联或更多模块并联的多模
块级联系统，并采用调节零矢量作用时间的方式进行环流抑制，并进一步验证环流控制器的实用性能。
参考文献：
[1]李保国，陈燕平，蒋云富，等.全功率风电变流器并联运行关键技术研究[J].大功率变流技术，2016，29（4）：38-41.
[2]刘隽，赵玲，张建兴，等.基于主从式控制三电平变流器并联的储能系统[J].电气传动，2014，44（3）：27-31.
[3]胡维昊，王跃，姚为正，等.直驱型变速恒频风力发电系统中零序环流的研究[J].中国电机工程学报，2009，29（27）：99-105.
[4]李辉，李建明，李志，等.并联变流器的脉宽调制波重构与环流抑制[J].电力系统自动化，2017，41（15）：143-149.
关键词：并联型;变流器;环流抑制技术
1 变流器并联运行技术概述
变流器的并联方式有：1）功率模块直接并联。直接连接多个功率模块的桥臂中点，实现对各模块的同一驱动信号控制。2）组件模块级并联。将多组IGBT模块经由公共直流母线电容连接形成一个组件，并联各组件模块之后，再通过公共滤波电感或串联电感与风力发电机相连，有利于隔离系统削弱高频环流，有效降低系统谐波。3）系统模块级并联。将若干个单独控制的模块组成一个整体，共用一个中央控制器，解决不同子系统的电流均分问题，有利于模块化生产和故障模块的及时更换。并联变流器控制方法主要包括有：1）集中控制法。通过中央控制器为各并联变流器模块提供平均的电流信号和电压基准值，实现同步电压波形的输出。2）下垂控制法。采用无互联线控制的方式，将不同模块的输出电压和频率调整至公共值，有效抑制环流的生成。3）分布控制法。并联系统中各个变流器模块处于同等地位，无须中央控制器，经由互联信号线进行电压/电流幅值、相角和频率等信息的交互，完成负载电流均分。4）主从控制法。并联系统中各变流器模块处于不同等的地位，由主模块中的中央控制器生成电压幅值和频率的基准信号，将其传递给从模块的控制器，通过调节从模块变流器的电流大小，确保主模块变流器的稳定运行。
2 并联型风电变流器环流抑制技术应用分析
采用载波移相技术的变流器并联系统能够有效降低总电流谐波分量，然而同时也会增大支路电流谐波分量，产生较大的零序环流，为此要对其进行抑制，增强并联型风电变流器系统的可靠性。1）环流控制器设计。要对并联型变流器系统中较大的零序电流进行抑制，须将环流控制器设计为闭环控制系统，即电压外环、电流内环的双闭环控制方式，使两模块变流器共用电压外环，保证母线电压的稳定性，并采用独立但整定参数相同的电流内环，变换生成SVPWM三相原始正弦调制波，修正WVPWM三相调制波，消除零序环流。可以采用一种基于PR控制器的环流抑制器，调节变流器的零序调制波，实现对零序环流的抑制，达到精准控制环流的效果。
2）对载波移相系统环流的抑制。由于载波移相技术在降低并网总电流谐波的过程中，也会在支路电流中生成较大的谐波分量和变流器间零序环流。环流控制器，能有效抑制环流，实现支路电流的重合和负载电流均分，降低支路谐波分量，使之由6.31%降至3.32%，并将三次谐波构成的零序环流幅值抑制在2.9A以内，较好地保障总电流的质量，确保风电并联变流器系统的稳定运行。
3）开关频率对环流的影响及抑制。当变流器的开关频率不同时，会导致支路电流不均分的环流现象。将环流控制器加入到并联系统之中，可将环流幅值限制在较小范围之内，使负载电流得以均分，有效降低支路谐波的含量，符合并网电流谐波的要求，确保电流的质量。通过应用验证可知，在并联系统中采用环流控制器能够将零序环流控制在2.2A以内，提高支路电流的重合度，并降低支路谐波含量，使之由4.92%降至3.47%，提高并联系统的运行稳定性。
4）滤波电感对环流的影响及抑制。如果滤波电感大小不一致，则会导致零序环流的生成，出现系统支路电流的畸变现象。将环流控制器加入到并联系统之中，通过环流控制器有效抑制滤波电感不一致而引发的零序环流，并抑制支路电流的谐波含量，降低总电流谐波，确保电流的质量。通过应用分析可知，系统中采用环流控制器可以将因滤波电感不同而产生的环流抑制在2.7A以内，并均分负载电流，降低谐波含量，使之降至3.32%。
三、环流等效模型
图1所示为实际工程应用中普遍采用的两台变流器共直流侧并联拓扑图，变流器并联控制必然带来如图1所示的环流问题。
3.1两种环流抑制策略
由上文分析可知，并联变流器机、网测的环流相互独立并且环流产生的主要原因是两机侧或网侧变流器的三相桥臂占空比的零轴分量dgz1≠dgz2或dσz1≠dσz2。在进行环流抑制时可对机、网侧进行分开设计，以机侧环流抑制为例的两种环流抑制策略。下面将分别介绍
（1） 忽略机侧变流器的并联上、下桥臂PWM驱动信号的不一致问题。在机侧变流器的控制中加入零序电流控制，设计环流抑制器只抑制机侧变流器的环流，机器变流器2的环流自然得到抑制。使用电流传感器测得机侧变流器的三相电流并算出Z轴（零轴）电流信号作为反馈信号送入环流抑制器，经PI调节器作为环流抑制器的输出再分送补偿到三相桥臂占空比零矢量上来调整零轴分量dgz1，从而实现环流的抑制。
（2） 考虑并联上、下管的PWM驱动信号的一致性。采用机侧两个变流器用一个DSP控制（网侧类似），也就是机侧并联采用一个电流环控制。该控制策略通过将电流传感器检测到的两个变流器的三相电流之和送入PI调节器的反馈端，电流环的给定由转矩控制算法得到，通过一个电流环调节后输出信号经过SVPWM来控制两并联变流器的开通和关断。在并联側采用同一个载波和同一个调制信号，避免了控制策略的上、下桥臂PWM驱动信号的不一致问题，从而达到抑制桥臂环流的目的。
四、小结
综上所述，并联型变流器系统存在常见的环流问题，本文提出并联型风电变流器的设计方法，并提出基于PR控制的闭环零序环流抑制策略，在并联型风电系统中加入环流控制器，分析开关频率、滤波电感等参数对环流的影响，有效降低并联型风电系统的零序环流，提高变流器并联系统的可靠性和稳定性。后续还要深入研究三模块并联或更多模块并联的多模
块级联系统，并采用调节零矢量作用时间的方式进行环流抑制，并进一步验证环流控制器的实用性能。
参考文献：
[1]李保国，陈燕平，蒋云富，等.全功率风电变流器并联运行关键技术研究[J].大功率变流技术，2016，29（4）：38-41.
[2]刘隽，赵玲，张建兴，等.基于主从式控制三电平变流器并联的储能系统[J].电气传动，2014，44（3）：27-31.
[3]胡维昊，王跃，姚为正，等.直驱型变速恒频风力发电系统中零序环流的研究[J].中国电机工程学报，2009，29（27）：99-105.
[4]李辉，李建明，李志，等.并联变流器的脉宽调制波重构与环流抑制[J].电力系统自动化，2017，41（15）：143-149.