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三电平全功率中压风电变流器研究
一、引言
风能作为一种清洁、可再生、无污染的能源，近年来受到了越来越多的关注。风力发电机组所发出的电功率一般为交流电，而电网所要求的电功率主要为直流电，因此需要通过变流器将风力发电机组的交流电功率转变为电网所需要的直流电。此外，由于风力发电机组的输出功率波动较大，变流器需要具备较好的功率控制和电压控制能力，以保证电网的稳定运行。因此，研究高效、可靠的风力发电变流器是风力发电技术发展的重要一环。
在较早的风力发电技术中，变流器通常采用硅控整流技术实现，但该技术存在效率低、成本高、可靠性差等问题。随着功率半导体技术的发展，高压、大功率、高频开关管的出现可以实现更高效、更稳定的变流器。另外，在变流器拓扑结构中，三电平拓扑结构比较适合风力发电变流器的特点，它可以有效降低输出谐波、提高效率，并且具有较好的可靠性和容错性，因此近年来得到了广泛应用。
二、三电平全功率中压风电变流器结构
三电平全功率中压风电变流器由晶闸管整流桥、三电平逆变桥、转换变压器等组成。如图1所示。
图1三电平全功率中压风电变流器结构
其中，晶闸管整流桥通过对谐波电流的抑制有利于提高风力发电机的电功率输出；三电平逆变桥采用了SVPWM控制算法，实现对输出电压和电流的控制。转换变压器则是实现晶闸管输出直流电电压与逆变桥输出交流电电压之间的变换。
三、SVPWM控制算法的实现
SVPWM是通过选定一个实例波作为基波，通过比较实例波和参考波，得到三相电压的实时控制信号，实现对逆变桥输出电压、电流的控制。在三电平全功率中压风电变流器中，通过SVPWM控制来实现对输出电压、电流的控制。其具体过程如下：
1.选择一个合适的参考波形，一般选择正弦波形作为参考波形。
2.根据参考波形，结合空间向量图的原理，选择对应的3种基本电压矢量，如图2所示。
图2三种基本电压矢量
3.根据参考波形的周期，将正弦波分为若干个等宽的离散区间，如图3所示。
图3参考波形的离散化
4.根据参考波在每个离散区间中的取值，以及基本电压矢量的选择规则，得到当前控制周期内三电平逆变桥开关管的控制信号，如图4所示。
图4控制信号输出
通过对控制信号的输出，实现逆变桥的闭环控制，即可实现对输出电压、电流的控制。
四、三电平全功率中压风电变流器的优势
相对于传统硅控整流技术，三电平全功率中压风电变流器具有以下优势：
1.降低谐波：三电平逆变桥可以有效降低输出电流中的高次谐波，减少对电网的干扰，避免损坏其他电气设备。
2.提高效率：三电平逆变结构中，功率开关器件的通断频率只有传统相位控制逆变器的一半左右，从而有效地降低了功率开关导通、关断过程中产生的开关损失。
3.提高可靠性：三电平逆变器结构简单，工作过程中交流侧电压等效为三相对称，从而提高了逆变器系统的可靠性。
4.提高容错能力：三电平逆变器系统容忍多个功率开关故障时，可以通过重新选择工作模式的方式提高其容错能力。
五、结论
三电平全功率中压风电变流器具有降低谐波、提高效率、提高可靠性和提高容错能力等优势，能够有效地满足风力发电机组的功率转换要求，是目前较为先进的风力发电变流器技术之一。在未来的工程中，三电平全功率中压风电变流器技术将得到更广泛的应用。