周 成

（安徽國際商務職業(yè)學院信息工程學院，安徽合肥231131）

當前，在低壓配電網中單項、三項、非線性等負載以及各種并網分布式能源繁多，這使得三相不平衡問題普遍存在。在這種工況下，電網環(huán)境惡化，而且會使掛網設備的運行環(huán)境惡化[1]。風電變流器作為一種風力發(fā)電新能源設備，其主要構成是由網側和機側變流器構成的一種背靠背三相橋的拓撲結構。其中，電網側變流轉換器工作在整流器狀態(tài)，以控制背對背拓撲結構的公共直流側電壓的穩(wěn)定性，機器側變流轉換器運行來控制轉子電流狀態(tài)以完成控制發(fā)電的功率。由于在電網不平衡工況下，電網電壓存在一定的擾動量，另外背靠背拓撲結構的共直流側電壓也存在一定的擾動量。在實際工程應用中，通常采用引入電網電壓前饋的方法來減少對并網電流跟蹤性能的不利影響[2]。但是，如果對擾動量不加以抑制，直接將這些擾動量引入到變流器控制系統(tǒng)的前饋項中，會使得變流器的電流無法得到有效控制，從而影響變流器的實際控制效果。為了在不平衡電網工況下，變流器也能得到較好的控制效果，必需對引入的電壓前饋量進行優(yōu)化。要實現該優(yōu)化策略需要對直流側以及電網側的電流和電壓進行采樣。在這些采樣中，通常并網采樣回路的濾波很小，而且直流電壓為一個直流量，因此在算法控制中通常可以忽略采樣濾波對并網電流和直流電壓造成的時間延遲影響。但是，電網電壓的采樣濾波通常較大，采樣濾波對電網電壓所造成的時間延遲是不能忽略的。因此，要對電網電壓采樣前饋量進行優(yōu)化，即對這個電壓采樣進行相位補償來消除這種延遲的影響。

1 電網平衡下的電網前饋策略

在電網平衡的情況下，圖1所示的是正序電網矢量采樣，圖1中有兩個兩相坐標系，分別為同步旋轉坐標系（d/q）和靜止坐標系（D/Q）。圖1中，U1是相位角為θ的電網矢量采樣值，U是與U1對應的真實電網矢量，電網矢量采樣值U1滯后真實電網矢量U的角度為θ1。電網前饋量計算如下[3]：

最終的前饋量為轉換到兩相靜止D/Q坐標系下的值，記為UQf、UDf。

上述前饋計算方案適用于只需對正序分量進行角度補償的兩種情況：一種是對稱電網情況下，電網電壓只有正序分量的情況，另一種是雖然存在負序電壓分量，但是采樣不存在延時，即θ1=0的情況。這兩種情況下，采用上述前饋量計算方法能很好地反映真實電網。除此之外，當電網為不平衡電網時，或者采樣存在延時，即θ1≠0存在相位差時，上述電網前饋量的計算存在較大誤差無法反映真實電網情況。在風電變流器進行低電壓穿越時，如果采用上述電網前饋計算方案，變流器在LVRT過程中所存在的大量負序分量將造成交流輸出量與電網電壓存在較大誤差[3]，從而無法實現并網電流的有效控制。

2 電網不平衡下的電網前饋策略

在實際應用中，在不平衡電網狀態(tài)時電網不僅存在負序分量，而且有采樣的延遲存在。電網的正、負序的分量采樣如圖2中d/q坐標系中所示。在圖2中，電網的實際正、負序的分量值為U+和U-，采樣而得到的正、負序的分量值為U1+和U1-。如圖2所示，U1+和U1-分別是滯后了U+和U-的角度為θ1。

圖1 正序電網矢量采樣

圖2 正負序電網矢量采樣

在d/q坐標系下，電網電壓的正、負序的分量值為

但是由于電網Ua、Ub、Uc為不平衡的電網，使得（2）式中計算的正、負序的分量間存在較強的耦合，因此必須對其進行交叉解耦，從而獲得正、負序的分量間的完全解耦，交叉解耦算式[5-7]為

使逆變器的前饋交流輸出與不平衡電網保持一致，需要將電網負序分量和電網正序分量均引入到前饋項中。將負序分量疊加到正序分量中并計算獲得不平衡電網的前饋量：

3 兩種電網前饋策略對比分析

為便于對兩種電網前饋策略進行對比分析，將上述電網平衡情況下的電網前饋策略定義為電網前饋方案1，而將電網不平衡情況下的電網前饋策略定義為電網前饋方案2。圖3至圖6所示為使用兩個電網前饋方案時，電網電壓和逆變器輸出的前饋電壓的對比波形。圖3為使用電網前饋方案1、電網只含正序分量并且存在采樣延時的仿真波形。圖4為使用電網前饋方案1，電網含有負序分量并且不存在采樣延時的仿真波形。圖5為使用電網前饋方案1、電網含有負序分量并且存在采樣延時的仿真波形。圖6為使用電網前饋方案2、電網含有負序分量并且存在采樣延時的仿真波形。

由圖3可知，在電網平衡條件下，若電網只含正序分量且存在采樣延時時，采用電網前饋方案1。由于不存在負序分量，所以無需對負序分量進行相位補償，此種情況下的逆變器輸出的前饋電壓與電網電壓基本吻合。

圖3 電網含正序分量并有采樣延遲下采用方案1

圖4 電網含負序分量且無采樣延遲下采用方案1

由圖4波形可知，在電網平衡條件下，若電網含有負序分量且無采樣延時時，采用電網前饋方案1。由于不存在采樣延時，所以采樣電壓沒有引入擾動量到前饋項中，此種情況下的逆變器輸出的前饋電壓與電網電壓也能夠基本吻合。

由圖5波形可知，在不平衡電網下，若電網含有負序分量且存在采樣延時時，采用電網前饋方案1。此種情況下的逆變器輸出的前饋電壓與電網必然存在較大的偏差，不利于變流器的穩(wěn)定控制。

由圖6可知，在電網不平衡條件下，若電網含有負序分量且存在采樣延時時，采用電網前饋方案2。由于對采樣延時和負序分量均進行了相應處理，此種情況下的逆變器輸出的前饋電壓與電網電壓也能夠完全吻合。

圖5 電網含負序分量且有采樣延遲下采用方案1

圖6 電網含負序分量且有采樣延遲下采用方案2

從圖3至圖6的仿真波形可知，本文理論分析是正確的。由于變流器中的電網采樣電路均存在較大的采樣延時，因此，在不平衡電網下，使用電網前饋方案2進行前饋量計算可使逆變器輸出前饋電壓可以與電網電壓完全一致，以利于對并網電流進行良好的控制。

4 結 論

由于目前風機變流器均需要具備LVRT功能，在不平衡電網下，變流器必須要具備良好的控制能力，前饋項的引入，除了可以抑制電網擾動外，還可以增強電流調節(jié)器的控制裕度，有利于對并網電流的良好控制。電網前饋方案2的關鍵部分是對負序分量補償角度的處理方式。負序分量和正序分量的滯后方向是不一樣的。因此，必須將負序和正序分解開，然后單獨進行相位補償，補償后再進行合并，形成最終的前饋目標矢量，最后變換成兩相靜止坐標系下的前饋量，用于SVPWM發(fā)生。方案2適用于大部分并網變流器的前饋計算。