全功率风机变流器介绍
一、全功率变流器控制原理
全功率风力发电系统主体电路结构，如图1所示。发电机的输出端连接变流器的机侧，变流器的网侧输出经升压变后，连接电网。
图1全功率风力发电系统主体电路结构。
随着风速的变化，发电机的转速也变化，因此发电机输出的电压幅值和频率是变化的，而电网的电压幅值和频率是恒定的。为了将发电机输出的频率和幅值变化的交流电送入到电网，变流器起到中间纽带环节的作用。首先将发电机输出的交流电经机侧变流器部分整流成直流电，再经由网侧变流器部分逆变成交流电送入电网。
图2为全功率风力发电功率控制原理图，风机总控依据当前的风况，通过变桨和偏航控制叶片吸收的机械能，获得发电机的转矩量。然后将转矩量值下发给变流器。变流器根据总控下发的转矩指令，控制对发电机电能的抽取，从而控制并网电流大小。
图2 功率控制原理图
对于机侧的变流器部分，在无速度传感器控制技术的基础上，采用基于定子电流定向的复合矢量控制技术，实现最大转矩电流比矢量控制的控制性能。图3为发电机的控制矢量图。
图3 发电机控制矢量图
对于网侧的变流器部分，采用电流解耦控制技术及并网电流对称控制技术。通过对并网电流的解耦，将并网电流分解为有功电流、无功电流单独控制，实现有功功率和无功功率的控制。同时为实现三相并网电流的对称控制，将负序的有功电流和无功电流控制为零。控制结构框图如图4所示。
图4 网侧变流器控制框图
根据机侧变流器主体电路及控制策略，进行建模分析。图5为机侧变流器的主体电路结构，图6为转换为数学模型的机侧控制框图。
图5 机侧变流器主体电路结构
图6机侧变流器控制数学模型框图
根据网侧变流器主体电路及控制策略，进行建模分析。图7为网侧变流器的主体电路机构，图8为为转换为数学模型的网侧控制框图。
图7 网侧变流器主体电路结构
图8 网侧变流器控制数学模型框图
全功率风机变流器网侧、机侧协同控制策略如图9所示。图中，DDSRF-SPLL (Decoupled Double Synchronous Reference Frame SPLL)为双同步坐标系软件锁相环，实时检测电网电压的正负序分量角度和。在正常情况的直驱机组发电运行时，机侧变流器实现功率外环和电流内环控制，在实时跟踪给定发电功率控制的前提下，实现无速度传感器矢量控制和定子电流的最优控制；网侧变流器实现直流电压外环和桥臂并网电流的内环控制，在恒定直流支撑电压等于设定值的前提下，实现桥臂d、q轴正序电流、和负序电流、的解耦控制和电网电压的前馈控制，实时保证并网电流三相对称控制。
图9 全功率风机变流器网侧、机侧协同控制策略
二、SVG退出运行时，全功率风机变流器运行情况
当高压无功功率补偿器退出运行时，全功率变流器是能够正常运行的，前提是总控工作正常，电网运行在合适的设定范围，满足变流器设计的工作范围内，即高压侧不能超过760VAC，低压正常运行时，不低于690×0.8＝552V。LVRT时除外。
三、全功率风机变流器的无功控制原理
全功率风机变流器的网侧部分能够起到并网无功功率调节作用。图10为三相电压型PWM变换电路，对此进行工作模式分析。通过对网侧电流控制可以实现四象限运行。
图10 三相电压型PWM变换器
上图中，Ua表示A相交流电源电动势矢量，Va表示交流侧电压（即桥臂中点对电网中点的电压）矢量，Ia表示交流侧电流矢量，ULa表示交流侧电感电压矢量。以电网电动势矢量为参考时，通过控制交流电流矢量即可实现PWM变换器的四象限运行。PWM风能发电原理变换器四象限运行规律如图11所示。
图11 PWM变换器交流侧矢量关系
(1)电压矢量Va端点在圆轨迹AB上运动，如图11(a)所示。 PWM 变换器运行于整流状态。从电网吸收有功及感性无功功率。在A点运行时，PWM变换器从电网只吸收感性无功功率。
(2)电压矢量Va端点在圆轨迹BC上运动，如图11(b)所示。PWM 变换器运行于整流状态。从电网吸收有功及容性无功功率。当PWM 变换器运行在B点时，则实现单位功率因数整流控制；
(3)电压矢量Va端点在圆轨迹CD上运动，如图11(c)所示。PWM 变换器运行于有源逆变状态。向电网传输有功及容性无功功率。当PWM 变换器运行至C点时，PWM 变换器从电网吸收容性无功功率。
(3)电压矢量Va端点在圆轨迹DA 上运动，如图11(d)所示PWM 变换器运行于有源逆变状态。向电网传输有功及感性无功功率。PWM 变换器运行至D点时，便可实现单位功率因数有源逆变控制。
通过控制交流侧电流矢量Ia,来控制变流器的运行状态。对于机侧的变流器，主要在圆轨迹ABC上运动，工作于整流模式，将发电机输出的电压整流成直流电。对于网侧的变流器，主要在圆轨迹CDA 上运动，工作于有源逆变模式，将直流电逆变成交流电，送入电网，同时能够实现无功功率调节。