WO2022012006A1 - 一种模块化智能组合风电变流器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种模块化智能组合风电变流器及其控制方法，包括单个桥臂功率单元，若干所述桥臂功率单元通过并联形成大容量桥臂功率模块，三个所述桥臂功率模块构成一个三相全桥功率模块，所述三相全桥功率模块包括电抗器、电容器、熔断器以及断路器构成变换器基本模块，所述变换器基本模块通过模块化智能组合方法构成大容量的所述风电变流器。

Description

一种模块化智能组合风电变流器及其控制方法 技术领域

本发明涉及电力电子变换器与风力发电的技术领域，尤其涉及一种一种模块化智能组合风电变流器、及其主动环流控制方法、并网电流谐波优化控制方法、变流器热应力平衡控制方法、并联均流控制方法、变流器稳定控制方法、电网阻抗自适应控制方法。

背景技术

近年来风电变流器的模块化设计和智能扩展技术是未来海上风电变流器向大容量化发展必须面对且亟待解决的关键性问题之一。海上大容量风电变流器必须解决防高温、高湿和高腐蚀等三防问题，因此对风电变流器的环境适应性提出了较高的要求。此外，海上交通条件不便，运输成本高昂，风电变流器面临维护不方便、成本高昂等问题，因此对风电变流器可靠性要求较高；再者，海上风电目前处于高速发展阶段，风电变流器的容量增加速度显著，目前的海上风电变流器针对不同等级容量开发专用的风电变流器造成风电变流器同类元器件品种繁多，不但给生产、维护和管理造成困难，而且不利于风电变流器的快速扩容。为了解决上述问题，采用模块化设计思路开发风电变流器基本功率模块，利用模块化智能组合技术实现变流器容量的快速增加，进而达到利用单一品种元部件实现规模化大容量风电变流器，实现海上风电变流器的高可靠、低成本的快速开发，以适应未来海上风电对多规格大容量风电变流器的应用需求。模块化智能组合风电变流器，是未来海上风电机组的关键装备，对于促进海上风电的高速发展和可靠稳定利用具有重要意义。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：提出一种模块化智能组合风电变流器。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种模块化智能组合风电变流器，包括单个桥臂功率单元，若干所述桥臂功率单元通过并联形成大容 量桥臂功率模组，三个所述桥臂功率模组构成一个三相全控桥功率模块，所述三相全桥功率模块包括电抗器、电容器、熔断器以及断路器构成基本变换器模块，所述基本变换器模块通过模块化智能组合方法构成大容量的所述风电变流器。

作为本发明所述的模块化智能组合风电变流器的一种优选方案，其中：包括，所述风电变流器通过单个功率器件的智能驱动单元能够控制桥臂功率开关的精确开通和关断，在所述桥臂功率模组中集成了均流控制器用于实现所述桥臂功率模组中各个桥臂的均流；所述三相全桥功率模块中集成了驱动控制器用于实现三个所述桥臂功率模组的不同开关组合；所述基本变换器模块集成变流器主控制器用于实现变流器输出电流的控制，通过变流器模块化智能组合方法能够实现变流器功率单元的智能识别和在线热插拔；以及所述变流器控制器包括主控制单元，用于实现并网和风力发电机的基本控制，所述主控制单元中包括主动环流控制模块、并网电流谐波优化控制模块、变流器热应力平衡控制模块、并联均流控制模块、变流器稳定控制模块和电网阻抗自适应控制模块。

作为本发明所述的模块化智能组合风电变流器的一种优选方案，其中：所述风电变流器所采用的模块化智能组合方法包括构建模块化组合扩容的变流器体系架构，所述变流器体系架构的电路结构实现方法如下：变换器基本模块M1N的端子4与变换器基本模块M2N的端子4相连，以及变换器基本模M1N的端子5与变换器基本模M2N的端子5相连；变换器基本模块M1[N-1]的端子1与变换器基本模块M1N的端子1相连，变换器基本模块M1[N-1]的端子2与变换器基本模块M1N的端子2相连；变换器基本模块M1[N-1]的端子3与变换器基本模块M1N的端子3相连；变换器基本模块M2[N-1]的端子1与变换器基本模块M2N的端子1相连，变换器基本模块M2[N-1]的端子2与变换器基本模块M2N的端子2相连，变换器基本模块M2[N-1]的端子3与变换器基本模块M2N的端子3相连；每个所述基本变换器模块有接收光纤RX和发送光纤TX，能够通过不同的方式与主控制器的所述主控制单元相连。

作为本发明所述的模块化智能组合风电变流器的一种优选方案，其中：所述基本变换器模块中的控制单元实现电流控制，功率模块扩展自动辨识电路用于识别是否有新的基本功率模块接入并通过风电变流器主控制器实现基本功率模块的在线热插拔功能，控制电源模块从交流端子和直流端子取电给控制电 路供电。

作为本发明所述的模块化智能组合风电变流器的一种优选方案，其中：所述三相全桥功率模块包括功率单元和控制单元，其中，所述功率单元包括三个相同的所述桥臂功率模块，桥臂功率模块A的端口1、桥臂功率模块B的端口1和桥臂功率模块C的端口1连接在一起形成功率单元的直流端口P桥臂功率模块A的端口3、桥臂功率模块B的端口3和桥臂功率模块C的端口3连接在一起形成功率单元的直流端口N；桥臂功率模块A的端口2为功率单元的交流端口A；桥臂功率模块B的端口2为功率模块的交流端口B；桥臂功率模块C的端口2为功率单元的交流端口C。

作为本发明所述的模块化智能组合风电变流器的一种优选方案，其中：所述控制单元包括，全FGPA控制器，其通过高速通讯接口接收主控发来的控制命令字，控制命令字的格式如下：

ID

SYN

TSA

DA

SA

TSB

DB

SB

TSC

DC

SC

其中ID表示功率单元的标识码；SYN为同步帧数据；TSA表示桥臂功率模块A的控制周期；DA表示桥臂功率模块A的开通占空比；SA表示桥臂桥臂功率模块A的移相角度；TSB表示桥臂功率模块B的控制周期；DB表示桥臂功率模块B的开通占空比；SB表示桥臂桥臂功率模块B的移相角度；TSC表示桥臂功率模块元C的控制周期；DC表示桥臂功率模块C的开通占空比；SC表示桥臂桥臂功率模块C的移相角度。

作为本发明所述的模块化智能组合风电变流器的一种优选方案，其中：所述桥臂功率单元包括采用至少一所述桥臂功率单元并联实现，通过自适应均流控制实现并联桥臂基本单元的均流控制，控制如下：所述桥臂功率单元由n个相同的桥臂基本单元及功率器件的智能驱动单元组成，每个桥臂将上下开关管的电流和导通电压发送至桥臂模块控制器FPGA中，控制器FPGA根据各个桥臂的电流计算平均电流i _avg；当第i个桥臂的电流i _ci大于i _avg时，减小该管子对应的驱动电压、当第i个桥臂的电流i _ci小于i _avg时，增大该管子对应的驱动电压，驱动电压变化量的计算公式为：

式中：K _G1为驱动电压与功率器件饱和压降的关系系数；K _G2为饱和压降 与功率器件电流的关系系数。

作为本发明所述的模块化智能组合风电变流器的一种优选方案，其中：所述智能驱动单元包括采用智能驱动控制方法实现单个功率器件的精确开通和关断，其实现方法如下，功率器件的所述智能驱动单元中FPGA控制器通过高速串行通讯接收功率管的开通时间和关断时间指令；通过数字接口接收功率管的开关信号，功率开关管的电流i _c和管压降U _ce通过模拟信号调理电路和AD转换器接入到FPGA中；根据开通和关断时间分别与驱动电压和功率开关管电流的关系表，确定可编程电源的输出电压和电流，同时通过控制驱动电阻矩阵，选择开通和关断驱动电阻，实现功率器件的精确开通和关断；所述智能驱动单元精确确定功率器件开通和关断的时间，并通过高速串行通讯发送至所述桥臂功率单元的控制器。

作为本发明所述的模块化智能组合风电变流器的一种优选方案，其中：所述确定功率器件开通和关断的时间包括，所述桥臂功率单元的控制器给功率器件智能驱动单元控制器发送驱动电压、驱动电流以及开通驱动电阻和关断驱动电阻设置值；所述桥臂功率单元的控制器给功率器件智能驱动单元控制器间隔发送驱动测试信号；所述智能驱动单元控制器控制功率器件间隔导通，并依次检测每次功率器件的导通时间和关断时间；所述智能驱动单元控制器将检测的功率器件导通时间和关断时间发送至桥臂功率模块控制器；所述桥臂功率单元的控制器对所有并联桥臂功率器件的导通时间和关断时间求平均值作为功率管的开通时间指令和关断时间指令。

作为本发明所述的模块化智能组合风电变流器的一种优选方案，其中：所述主控制单元包括DSP模块和FPGA模块，FPGA模块包括高速串行通讯接口、串并转换接口、高速并行接口、FIFO和SRAM，所述高速串行通讯接口用于同步接收2N个变换器模块的基本信息，在逻辑和控制处理模块的控制下将这些信息暂存在FIFO中，并进一步将信息存储于SRAM中，最后能够通过高速并行接口将变流器功率电路的信息传送给DSP模块；DSP模块包括高速并行接口、通讯接口、编码器接口、模拟信号接口、数字信号接口和软件功能模块，其中所述高速并行接口用于与FPGA模块进行海量数据高速通讯，通讯接口用于与风机主控或其他接口设备进行实时通讯；编码器接口用于连接发电机以获取发电机的转速和角度信息；模拟信号接口用于检测风电变流器接入电网侧的 状态以及变流器柜内温度、湿度等信号；数字信号接口用于检测其他外设的状态信号。

作为本发明所述的模块化智能组合风电变流器的一种优选方案，其中：所述基本变换器模块的控制单元用于控制基本变换器的输出电流，其控制结构包括，变换器的三相电压经过零点检测电路得到频率ω _z，同时变换器的三相电压经电压传感器检测后输入至三相锁相环(PLL)得到角度θ _p和频率ω _p；引入变量ω _g、θ _g和符号FT，其中ω _g表示电压角频率，θ _g表示电压相位角，FT表示电压传感器的状态；当FT＝0时，ω _g取值为ω _p，θ _g取值为θ _p；当FT＝1时，ω _g取值为ω _z，θ _g取值为θ _e；变换器三相电流经过三相静止至两相旋转坐标变换得到i _d和i _q；给定电流i _{d_ref}和i _{q_ref}分别与电流i _d和i _q做差后经过PI调节器，再经过限幅环节得到u _d和u _q，u _d和u _q经过两相旋转至三相静止坐标变换得到三相调制波电压u _ma、u _mb和u _mc，再经过空间矢量调制驱动三相功率模块；电压u _q与其耦合项Δu _q之和经过增益积分器得到Δθ _e；信号ω _g经积分器再减去Δθ _e得到θ _e。

作为本发明所述的模块化智能组合风电变流器的一种优选方案，其中：所述控制电源模块包括，控制电源具有三个交流输入端口和两个直流输入端口，交流端口用于连接三相交流电压，直流端口用于连接直流电压；三相交流电压通过不控整流器后接DC-DC变换器3，直流电压接DC-DC变换器2，DC-DC变换器2和DC-DC变换器3的第二路输出接DC-DC变换器5的两个输入端口，DC-DC变换器5的输出端口通过二极管D5给电池单元充电；电池单元的输出通过二极管D4接DC-DC变换器1的输入，DC-DC变换器1输出稳定的直流电压Udc1，DC-DC变换器2输出稳定的直流电压Udc2，DC-DC变换器3输出稳定的直流电压Udc3，DC-DC变换器1输出经过二极管D1与DC-DC变换器4的输入相连，DC-DC变换器2输出经过二极管D2与DC-DC变换器4的输入相连，DC-DC变换器3输出经过二极管D3与DC-DC变换器4的输入相连，DC-DC变换器输出稳定的直流电压给所述基本变换器模块供电。

本发明提出一种基于模块化智能组合风电变流器的主动环流控制方法，采用多模式主动环流控制实现变流器的热平衡，包括以下工作模式，

模式1：正序主动环流控制模式，多路开关S1、S2和S3均位于位置1，模块化组合变流器中将有幅值为i _cp的正序环流在变换器中流动，在各变换器的 d轴参考电流中增加额外的分量i _{di_cp}，其表达式满足：

模式2：负序主动环流控制模式，多路开关S1、S2和S3均位于位置1，该模式下模块化组合变流器中将有幅值为i _cp的负序环流在变换器中流动，在各变换器的d轴参考电流中增加额外的分量i _{di_cp}，其表达式满足：

模式3：无功主动环流控制模式，多路开关S1、S2和S3均位于位置2，该模式下模块化组合变流器中将有幅值为i _cp的无功环流在变换器中流动，在各变换器的q轴参考电流中增加额外的分量i _{qi_cp}，其表达式满足：

模式4：零序主动环流控制模式，多路开关S1、S2和S3均位于位置3，该模式下模块化组合变流器中将有幅值为i _cp的零序环流在变换器中流动，在各变换器的零轴参考电流中增加额外的分量i _{zi_cp}，其表达式满足：

本发明提出一种基于模块化智能组合风电变流器的并网电流谐波优化控制方法，采用一种变开关频率的控制方法实现并网电流的谐波优化控制，包括以下步骤，提升低功率下的开关频率，降低低功率下的谐波大小；将风电运行工况从0.2-1pu，步长为0.2pu进行等分；当变流器运行在0-0.2pu状态下，开关频率选取5.1KHz，并且功率每提升0.2pu，开关频率降低0.3KHz；当变流器从额定工况降低至0.78pu时，增大开关频率0.3KHz，形成0.02pu的功率-频率滞环，随着功率的降低，依次类推；通过测并网电流的大小，计算其有效值，并判断其功率变化方向，在通过查表读取事先存取在存储器里的开关频率值，并传回PWM发生器，实现变开关频率控制，降低低功率状态下并网电流的谐波。

本发明提出一种基于模块化智能组合风电变流器的变流器热应力平衡控制方法，采用在一个电流周波内对开关频率进行变化控制实现变流器热应力平衡控制方法，包括以下步骤，将并网电流按相位在一个周期内40等分；在0-0.05pi开关频率最高，为2100Hz，以后每隔0.05pi降低90Hz，直至0.5pi达到电流峰值，之后再递增，以此类推；并将电流相位与开关频率对应，事先存储于存储器中；检测电网三相电流，并检测其相角，将检测到的相角带入事先存储的表格，得到对应的开关频率，并传送给PWM发生器。

本发明提出一种基于模块化智能组合风电变流器的并联均流控制方法，采用一种均流控制方法实现模块化组合电压源型风电变流器的并联控制，包括以下步骤，根据网侧变换器模块1的三相并网电压和电流计算并网侧的无功功率；给定无功功率和实际无功功率的差值经过PI调节器得到Δu _t1；直流电压经过比例积分器得到角度的基准值；将三相电流经过Park变换得到i _d1和i _q1，进一步可得n个网侧变换器的平均电流为：

将平均电流i _davg与i _d1和的差值经过PI调节器得到Δθ；将平均电流i _qavg与i _q1和的差值经过PI调节器得到Δu _t，进而可得调制波的相位和幅值分别为：

根据调制波的相角和幅值可得三相调制波，通过PWM调制驱动网侧变换器。

本发明提出一种基于模块化智能组合风电变流器的变流器稳定控制方法，通过在电流环的不同环节设置不同的阻抗重塑环路，可调节风电变流器的并网侧变换器在不同频段的等效阻抗或调节对应频率段的相角裕度，进而增加风电变流器的并网稳定性，包括以下步骤，将电流误差通过控制环节Dc(s)反馈至电流环的输出形成阻抗重塑环路1；将并网点电压通过IPLL(s)附加至电流环的给定参考值上形成阻抗重塑环路2；将并网点电压通过Df(s)并乘以增益Kf附加至电流环的控制输出形成阻抗重塑环路3。

本发明提出一种基于模块化智能组合风电变流器的电网阻抗自适应控制方法，通过在线检测电网阻抗实现风电变流器并网侧变换器的电流环自适应控制，包括以下步骤，根据系统的基本参数，确定电流环控制单元、谐振阻尼控制单元、阻抗重塑控制单元以及锁相环控制单元的初始控制参数；通过向并网点注入小幅特征频率电压扰动信号，实现对并网点阻抗参数以及系统谐振频率点的测量；通过多频率陷波器串联可调增益环节设计并网变换器的谐振阻尼控制器，实现并网变换器的宽频谐振有源阻尼控制；采用比例多准谐振控制方法和内模控制方法设计并网变换器的电流控制器，实现并网变换器的对谐波谐振电流的抑制控制；计算当前控制参数下系统在不同频率点上的稳定裕度，确定稳定裕度较小的频带范围；采用在电压前馈回路增加选频网络环节并设计电流环跟踪误差控制环路的方法，对并网变换器稳定裕度不足的频点进行阻抗重塑， 进入；通过控制器参数自动调谐单元，以获得的并网点阻抗参数和系统谐振频率为基本参数，并根据系统全频段稳定裕度的需求对变流器的控制环路参数进行实时计算；将计算出来的控制参数输入给电流环控制单元、谐振阻尼控制单元、阻抗重塑控制单元以及锁相环控制单元，对原有系统的控制参数进行更新。

本发明的有益效果：提出一种模块化智能组合风电变流器的结构和方法，通过单个功率器件的智能驱动控制桥臂功率开关的精确开通和关断，通过自适应均流控制实现并联桥臂基本单元的均流控制，达到利用单一功率器件实现多功率器件桥臂并联的目的；利用基本桥臂功率模组构成三相全控桥功率模块，进而与电抗器、电容器、熔断器以及断路器构成基本变换器模块，通过变换器模块的串/并联组合实现变流器的快速扩容；对变换器模块采用均流控制可实现多回路并联电压源风电变流器的电流平衡，通过主动环流控制和变开关频率控制方法实现多并联变流器的热均衡；所述变流器模块化组合和控制方法可实现变流器容量的快速增加，达到利用单一品种功率元件实现规模化大容量风电变流器；所述方法允许多个变流回路模块组合，使变流器核心元器件规格减少90％，达到单规格功率器件覆盖10MW容量以下的应用，解决了风电快速发展对多容量规格变流器的需求及其规模化生产问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1是本发明所述模块化组合式风电变流器系统结构示意图；

图2是本发明所述模块化组合式风电变流器的基本变换器模块结构示意图；

图3是本发明所述模块化组合式风电变流器的三相全控桥功率模块示意图；

图4是本发明所述模块化组合式风电变流器的桥臂功率模块示意图；

图5是本发明所述功率器件的智能驱动单元示意图；

图6是本发明所述模块化组合式风电变流器的主控制器单元示意图；

图7是本发明所述基本变换器模块的控制单元示意图；

图8是本发明所述模块化组合式风电变流器的控制电源模块示意图；

图9是本发明所述功率模块智能扩展自动辨识电路示意图；

图10是本发明所述模块化组合式风电变流器的信息交互技术示意图；

图11是本发明所述模块化组合式风电变流器的主动环流控制方法示意图；

图12是本发明所述模块化组合式风电变流器的谐波优化控制方法示意图；

图13是本发明所述热应力平衡控制方法示意图；

图14是本发明所述电压源控制的并联均流控制方法示意图；

图15是本发明所述模块化组合式风电变流器的变流器稳定控制示意图；

图16是本发明所述电网阻抗自适应控制示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提出一种模块化智能组合的风电变流器，包括模块化组合扩容的变流器体系架构、模块化组合扩容的变流器的硬件架构、三相全控桥功率模块、桥臂功率单元、功率器件智能驱动单元、功率开关管开通时间和关断时间指令的确定方法、模块化变流器的主控制单元、基本变换器模块(即最小功率单元)的控制单元、控制电源模块、模块化变流器的功率模块智能扩展自动辨识电路，以及基于模块化智能组合的风电变流器采用的模块化变流器的信息交互方法、模块化变流器的主动环流控制方法、并网电流谐波优化控制方法、变流器热应力平衡控制方法、模块化变流器电压源控制的并联均流控制方法、变流器稳定控制方法和电网阻抗自适应控制方法。

更加具体的，风电变流器的基本元件是单个桥臂功率器件，多个桥臂功率器件通过并联形成大容量桥臂功率模组，三个桥臂功率模组组成一个三相全控桥功率模块，三相全桥功率模块配置电抗器、电容器、熔断器以及断路器组成基本变流器模块，基本变流器模块通过模块化智能组合方法形成大容量风电变流器；通过单个桥臂智能驱动可控制桥臂功率开关的精确开通和关断，在基本桥臂功率模组中集成了均流控制器用于实现桥臂功率模组中各个桥臂的均流，三相全控桥中集成了驱动控制器用于实现三个桥臂功率模组的不同开关组合，变流器最小功率单元集成了变流器控制器用于实现变流器输出电流的控制，变流器模块化智能组合方法可实现变流器功率单元的智能识别和在线热插拔，变流器的主控制单元用于实现并网和风力发电机的基本控制，主控单元中集成了多种功能模块，其中主动环流控制模块用于实现各并联变流器单元之间的无功环流控制可有效抑制功率模块散热器上的凝露现象、并网电流谐波优化控制可实现全电流的谐波优化、变流器热应力平衡控制可实现一个电流周期内功率器件的热平衡。

更加具体的，本实施例中模块化组合扩容的变流器体系架构包括硬件上通 过基本变换器模块通过并联方式实现快速扩容可规模化生产单一模块，软件上在基本变换器模块通过组态重构共享一套代码，基本变换器模块实现电流控制以及调制，主控制器中实现风电变流器的基本功能，其电路结构的实现方法描述如下：

将变换器基本模块M11的端子4与变换器基本模块M21的端子4相连，变换器基本模块M11的端子5与变换器基本模块M21的端子5相连；变换器基本模块M12的端子4与变换器基本模块M22的端子4相连，变换器基本模块M12的端子5与变换器基本模块M22的端子5相连；依次类推，M1N的端子4与M2N的端子4相连，M1N的端子5与M2N的端子5相连；

变换器基本模块M11的端子1与变换器基本模块M12的端子1相连，变换器基本模块M11的端子2与变换器基本模块M12的端子2相连，变换器基本模块M11的端子3与变换器基本模块M12的端子3相连；变换器基本模块M21的端子1与变换器基本模块M22的端子1相连，变换器基本模块M21的端子2与变换器基本模块M22的端子2相连，变换器基本模块M21的端子3与变换器基本模块M22的端子3相连；依次类推，M1[N-1]的端子1与M1N的端子1相连，M1[N-1]的端子2与M1N的端子2相连，M1[N-1]的端子3与M1N的端子3相连；M2[N-1]的端子1与M2N的端子1相连，M2[N-1]的端子2与M2N的端子2相连，M2[N-1]的端子3与M2N的端子3相连；

每个基本变换器模块有接收光纤RX和发送光纤TX，可通过不同的方式与主控制器相连。

进一步的，模块化组合扩容的变流器的硬件架构包括将三相全桥功率模块、电抗器、电容器、熔断器以及断路器组成基本变流器模块，并通过基本变换器模块控制单元实现基本变流器模块的电流控制，功率模块扩展自动辨识电路用于识别是否有新的基本功率模块接入并通过风电变流器主控制器实现基本功率模块的在线热插拔功能，控制电源从交流端子和直流端子取电给控制电路供电，其电路结构的实现方法描述如下：

功率电路有三个交流端子、两个直流端子和两根光纤接口；该功率电路可以具体描述为：每个变换器模块的功率电路均包含一个三相全控桥功率单元，三相全控桥的直流端子通过两个熔断器与直流电容相连，三相全控桥的交流端子连接三相电抗器的输入端子，三相电抗器的输出端子通过三个熔断器与三相 断路器的输入端子相连，三相电抗器的输出端子通过三个熔断器连接三个电阻，三个电阻连接三个交流电容器，三个交流电容器通过星联方式连接在一起；每个变换器模块的功率电路包含一个直流电压传感器、两个交流电压传感器、两个交流电流传感器，直流电压传感器连接直流电容两个端子；第一交流电压传感器连接三相电抗器输出侧的第一和第二端子，第二交流电压传感器连接三相电抗器输出侧的第二和第三端子；第一交流电流传感器串入三相电抗器输出的第一输出端子，第二交流电流传感器串入三相电抗器输出的第二输出端子；

控制电路包括电源接口、模拟接口、PWM接口、IO接口、通讯接口和光纤接口，模拟接口连接功率电路的模拟信号，PWM接口连接功率电路的驱动信号，IO接口连接功率电路的IO信号，电源接口外接控制电源，光纤接口连接变流器的主控制器，通讯接口连接外部通讯设备。控制电源模块输入连接功率电路的交流端子和直流端子，输出连接控制电路。

进一步的，本实施例中三相全控桥功率模块包含功率单元和控制单元两部分，其电路结构和控制方法描述如下：

功率单元由三个相同的桥臂功率模块组成，桥臂功率模块A的端口1、桥臂功率模块B的端口1和桥臂功率模块C的端口1连接在一起形成功率单元的直流端口P；桥臂功率模块A的端口3、桥臂功率模块B的端口3和桥臂功率模块C的端口3连接在一起形成功率单元的直流端口N；桥臂功率模块A的端口2为功率单元的交流端口A；桥臂功率模块B的端口2为功率模块的交流端口B；桥臂功率模块C的端口2为功率单元的交流端口C；

控制单元由全FGPA控制器组成，通过高速通讯接口接收主控发来的控制命令字，控制命令字的格式如下：

ID

SYN

TSA

DA

SA

TSB

DB

SB

TSC

DC

SC

其中ID表示功率单元的标识码；SYN为同步帧数据；TSA表示桥臂功率模块A的控制周期；DA表示桥臂功率模块A的开通占空比；SA表示桥臂桥臂功率模块A的移相角度；TSB表示桥臂功率模块B的控制周期；DB表示桥臂功率模块B的开通占空比；SB表示桥臂桥臂功率模块B的移相角度；TSC表示桥臂功率模块元C的控制周期；DC表示桥臂功率模块C的开通占空比；SC表示桥臂桥臂功率模块C的移相角度；

进一步的，桥臂功率单元包括采用多个相同桥臂基本单元并联的方法实现 桥臂功率模块，通过自适应均流控制方法实现并联桥臂基本单元的均流控制，其实现方法描述如下：

桥臂功率模块由n个相同的桥臂基本单元及功率器件智能驱动单元组成，每个桥臂将上下开关管的电流和导通电压发送至桥臂模块控制器FPGA中，FPGA根据各个桥臂的电流计算平均电流i _avg，当第i个桥臂的电流i _ci大于i _avg时，减小该管子对应的驱动电压；当第i个桥臂的电流i _ci小于i _avg时，增大该管子对应的驱动电压；驱动电压变化量的计算公式为：

式中：K _G1为驱动电压与功率器件饱和压降的关系系数；K _G2为饱和压降与功率器件电流的关系系数。

进一步的，功率器件智能驱动单元包括采用智能驱动控制方法实现单个功率器件的精确开通和关断，其实现方法描述如下：

功率器件智能驱动单元的FPGA控制器通过高速串行通讯接收功率管的开通时间和关断时间指令，通过数字接口接收功率管的开关信号，功率开关管的电流i _c和管压降U _ce通过模拟信号调理电路和AD转换器接入到FPGA中，根据开通和关断时间分别与驱动电压和功率开关管电流的关系表，确定可编程电源的输出电压和电流，同时通过控制驱动电阻矩阵，选择开通和关断驱动电阻，实现功率器件的精确开通和关断。功率器件智能驱动单元精确计算功率器件开通和关断的时间，并通过高速串行通讯发送至桥臂功率模块的控制器。

进一步的，本实施例中功率开关管开通时间和关断时间指令的确定方法如下步骤所示：

步骤一：桥臂功率模块控制器给功率器件智能驱动单元控制器发送驱动电压、驱动电流以及开通驱动电阻和关断驱动电阻设置值；

步骤二：桥臂功率模块控制器给功率器件智能驱动单元控制器间隔发送驱动测试信号；

步骤三：功率器件智能驱动单元控制器控制功率器件间隔导通，并依次检测每次功率器件的导通时间和关断时间；

步骤四：功率器件智能驱动单元控制器将检测的功率器件导通时间和关断时间发送至桥臂功率模块控制器；

步骤五：桥臂功率模块控制器对所有并联桥臂功率器件的导通时间和关断时间求平均值作为功率管的开通时间指令和关断时间指令。

进一步的，模块化变流器的主控制单元包括，

系统控制单元包括DSP模块和FPGA模块，FPGA模块包括高速串行通讯接口、串并转换接口、高速并行接口、FIFO和SRAM；高速串行通讯接口用于同步接收2N个变换器模块的基本信息，在逻辑和控制处理模块的控制下将这些信息暂存在FIFO中，并进一步将信息存储于SRAM中，最后通过高速并行接口将变流器功率电路的信息传送给DSP模块；DSP模块包括高速并行接口、通讯接口、编码器接口、模拟信号接口、数字信号接口和软件功能模块；高速并行接口用于与FPGA进行海量数据高速通讯，通讯接口用于与风机主控或其他接口设备进行实时通讯；编码器接口用于连接发电机以获取发电机的转速和角度信息；模拟信号接口用于检测风电变流器接入电网侧的状态以及变流器柜内温度、湿度等信号；数字信号接口用于检测其他外设的状态信号；软件功能模块包括：底层功能模块和顶层功能模块；底层功能模块包括：磁链定向控制功能模块、直接转矩控制功能模块、无速度传感器功能模块、电压定向控制功能模块、虚拟同步控制功能模块、无网压传感器功能模块；顶层功能模块包括：环流抑制功能模块、主动环流控制功能模块、谐波优化控制功能模块、故障容错控制功能模块和故障重构控制功能模块。系统功率模块共计N个接收光纤端子与N个光纤发送端子与风电变流器N个功率模块的控制电路光纤口连接。

本实施例中基本变换器模块的控制单元，其功能是控制基本变换器的输出电流，其控制结构描述如下：

变换器的三相电压经过零点检测电路得到频率ω _z，同时变换器的三相电压经电压传感器检测后输入至三相锁相环(PLL)得到角度θ _p和频率ω _p；引入变量ω _g、θ _g和符号FT，其中ω _g表示电压角频率，θ _g表示电压相位角，FT表示电压传感器的状态，当FT＝0时，ω _g取值为ω _p，θ _g取值为θ _p；当FT＝1时，ω _g取值为ω _z，θ _g取值为θ _e；变换器三相电流经过三相静止至两相旋转坐标变换得到i _d和i _q；给定电流i _{d_ref}和i _{q_ref}分别与电流i _d和i _q做差后经过PI调节器，再经过限幅环节得到u _d和u _q；u _d和u _q经过两相旋转至三相静止坐标变换得到三相调制波电压u _ma、u _mb和u _mc，再经过空间矢量调制驱动三相功率模块；电压u _q与 其耦合项Δu _q之和经过增益积分器得到Δθ _e；信号ω _g经积分器再减去Δθ _e得到θ _e。

需要说明的是，本实施例中控制电源模块的电路结构描述如下：

控制电源具有三个交流输入端口和两个直流输入端口，交流端口用于连接三相交流电压，直流端口用于连接直流电压；三相交流电压通过不控整流器后接DC-DC变换器3，直流电压接DC-DC变换器2，DC-DC变换器2和DC-DC变换器3的第二路输出接DC-DC变换器5的两个输入端口，DC-DC变换器5的输出端口通过二极管D5给电池单元充电；电池单元的输出通过二极管D4接DC-DC变换器1的输入，DC-DC变换器1输出稳定的直流电压U _dc1，DC-DC变换器2输出稳定的直流电压U _dc2，DC-DC变换器3输出稳定的直流电压U _dc3，DC-DC变换器1输出经过二极管D1与DC-DC变换器4的输入相连，DC-DC变换器2输出经过二极管D2与DC-DC变换器4的输入相连，DC-DC变换器3输出经过二极管D3与DC-DC变换器4的输入相连，DC-DC变换器输出稳定的直流电压给基本变换器模块供电。

进一步的，模块化变流器的功率模块智能扩展自动辨识电路的电路结构描述如下：

功率模块扩展自动辨识电路，包括电源、光耦以及逻辑门电路，该功率模块扩展自动辨识电路可以具体描述为：电源V1的正极接变流器模块1的端子4，变流器模块2的端子4经电阻R11接光耦T1的管脚1，光耦T1的管脚2接电源V1的负极；电源V2的正极接变流器模块1的端子5，变流器模块2的端子5经电阻R12接光耦T2的管脚1，光耦T2的管脚2接电源V2的负极；电源V3的正极接变流器模块1的端子1，变流器模块2的端子1经电阻R13接光耦T3的管脚1，光耦T3的管脚2接电源V3的负极；电源V4的正极接变流器模块1的端子2，变流器模块2的端子2经电阻R14接光耦T4的管脚1，光耦T4的管脚2接电源V4的负极；电源V5的正极接变流器模块1的端子3，变流器模块2的端子3经电阻R15接光耦T5的管脚1，光耦T5的管脚2接电源V5的负极；+5V电源通过电阻R21接光耦T1的管脚4，+5V电源通过电阻R22接光耦T2的管脚4，+5V电源通过电阻R23接光耦T3的管脚4，+5V电源通过电阻R24接光耦T4的管脚4，+5V电源通过电阻R25接光耦T5的管脚4，光耦T1～光耦T5的管脚3接+5V电源地；光耦T1～光耦T5的管脚4接入 5输入或非门；当或非门的输出S1为高电平时候，判断变流器模块2接入变流器系统，允许变流器模块2工作；当或非门的输出S1为低电平时候，判断变流器模块2退出变流器系统，禁止变流器模块2工作。

本实施例中模块化变流器的信息交互技术：

采用一种串行数据链接通讯技术实现模块化变流器与主控器的信息交互，其电路结构描述如下：

主控制器的发送端口与M11的接收端口R1C连接，M11的发送端口T1C与M12的接收端口R2C连接，M12的发送端口T2C与M13的接收端口R3C相连，依次类推，M1[N-1]的发送端口T[N-1]C与M1N的接收端口RNC连接，M1N的发送端口TNC与主控制器的接收端口RMC连接。

主控制器通过TMC端口发送控制信息给M11，M11在收到控制信息数据的同时将控制信息数据从T1C端口同步发送出去，同时在控制信息数据接收完毕后，将M11的状态信息从T1C端口发送出去；M12在收到控制信息的同时将控制信息数据从T2C端口同步发送出去，同时在控制信息和M11状态信息接收完毕后，将M12的状态信息从T2C端口发送出去；依次类推，M1N在收到控制信息的同时将控制信息数据从TNC端口同步发送出去，同时在控制信息和M1[N-1]状态信息接收完毕后，将M1N的状态信息从TNC端口发送出去；主控器可在RMC端口接收到所有功率模块的状态信息。

本实施例提出一种模块化变流器的主动环流控制方法，采用多模式主动环流控制实现变流器的热平衡，其实现方法描述如下：

存在三种工作模式：

模式1：正序主动环流控制模式，多路开关S1、S2和S3均位于位置1，模块化组合变流器中将有幅值为i _cp的正序环流在变换器中流动，在各变换器的d轴参考电流中增加额外的分量i _{di_cp}，其表达式满足：

模式2：负序主动环流控制模式，多路开关S1、S2和S3均位于位置1，该模式下模块化组合变流器中将有幅值为i _cp的负序环流在变换器中流动，在各变换器的d轴参考电流中增加额外的分量i _{di_cp}，其表达式满足：

模式3：无功主动环流控制模式，多路开关S1、S2和S3均位于位置2， 该模式下模块化组合变流器中将有幅值为i _cp的无功环流在变换器中流动，在各变换器的q轴参考电流中增加额外的分量i _{qi_cp}，其表达式满足：

模式4：零序主动环流控制模式，多路开关S1、S2和S3均位于位置3，该模式下模块化组合变流器中将有幅值为i _cp的零序环流在变换器中流动，在各变换器的零轴参考电流中增加额外的分量i _{zi_cp}，其表达式满足：

进一步的，并网电流谐波优化控制方法：

采用一种变开关频率的控制方法实现并网电流的谐波优化控制，其实现方法描述如下：

如图2所示，为风电变流器主电路拓扑及控制简图。通常情况下，风电变流器的PWM载波频率即开关频率保持为定值，在大功率风电场合下，开关频率设为3KHz左右，并且随着功率的提升，开关频率逐渐降低以降低功率器件的损耗。但是，风能具有随机波动性，变流器并不是时刻满发的。当风速较低时，变流器降额运行，在低功率状态下，如继续采用低开关频率则并网电流存在较大谐波。本发明专利提出一种变开关频率的谐波优化控制策略，通过提升低功率下的开关频率，降低低功率下的谐波大小。具体地，将风电运行工况从0.2-1pu,步长为0.2pu进行等分，如图1所示。当变流器运行在0-0.2pu状态下，开关频率选取5.1KHz，并且功率每提升0.2pu，开关频率降低0.3KHz。相反，为了避免变流器在每种工况之间频繁切换开关频率，当变流器从额定工况降低至0.78pu时，增大开关频率0.3KHz，以此来形成0.02pu的功率-频率滞环，随着功率的降低，依次类推。具体实现方法如图2，检测并网电流的大小，计算其有效值，并判断其功率变化方向(增大或减小)，然后查表，读取事先存取在存储器里的开关频率值，并传回PWM发生器，实现变开关频率控制，降低低功率状态下并网电流的谐波。

本实施例提出一种变流器热应力平衡控制方法，在一个电流周波内对开关频率进行变化控制实现变流器热应力平衡控制方法，其实现方法描述如下：

如图4所示，为损耗优化变开关频率控制简图。大功率风电变流器由于电流较大，其开关频率不可设的太高，通常在2KHz左右。开关器件的损耗是风电变流器损耗的主要成分。开关器件的损耗主要与电流的大小和开关频率有关。 当并网电流较大时，电流谐波则较小，因此，可以考虑在电流较大时，降低其开关频率，而电流较小时仍保持高的开关频率，以此来降低变流器损耗，提高效率。具体地，如图3所示，将并网电流按相位在一个周期内40等分。在0-0.05pi开关频率最高，为2100Hz，以后每隔0.05pi降低90Hz，直至0.5pi达到电流峰值，之后再递增，以此类推，并将电流相位与开关频率对应，事先存储于存储器中。具体实现方法如图4所示，检测电网三相电流，并检测其相角，将检测到的相角带入事先存储的表格，得到对应的开关频率，并传送给PWM发生器。本发明通过将一个电流周波等分成40等分，在电流不同相位时采用不同的开关频率，以此降低电流较大时的开关频率，从而降低损耗。

本实施例提出模块化变流器电压源控制的并联均流控制方法，采用一种均流控制方法实现模块化组合电压源型风电变流器的并联控制，其实现方法描述如下：

根据网侧变换器模块1的三相并网电压和电流计算并网侧的无功功率；给定无功功率和实际无功功率的差值经过PI调节器得到Δu _t1；直流电压经过比例积分器得到角度的基准值；将三相电流经过Park变换得到i _d1和i _q1，进一步可得n个网侧变换器的平均电流为：

将平均电流i _davg与i _d1和的差值经过PI调节器得到Δθ；将平均电流i _qavg与i _q1和的差值经过PI调节器得到Δu _t，进而可得调制波的相位和幅值分别为：

根据调制波的相角和幅值可得三相调制波，通过PWM调制驱动网侧变换器。

变流器稳定控制方法：

通过在电流环的不同环节设置不同的阻抗重塑环路，可调节风电变流器的 并网侧变换器在不同频段的等效阻抗或调节对应频率段的相角裕度，进而增加风电变流器的并网稳定性，其实现方法描述如下：将电流误差通过控制环节Dc(s)反馈至电流环的输出形成阻抗重塑环路1，将并网点电压通过I _PLL(s)附加至电流环的给定参考值上形成阻抗重塑环路2，将并网点电压通过D _f(s)并乘以增益K _f附加至电流环的控制输出形成阻抗重塑环路3。

电网阻抗自适应控制方法：

通过在线检测电网阻抗实现风电变流器并网侧变换器的电流环自适应控制，其具体实现步骤包括：

S1：根据系统的基本参数，确定电流环控制单元、谐振阻尼控制单元、阻抗重塑控制单元以及锁相环控制单元的初始控制参数；

S2：通过向并网点注入小幅特征频率电压扰动信号，实现对并网点阻抗参数以及系统谐振频率点的测量；

S3：通过多频率陷波器串联可调增益环节设计并网变换器的谐振阻尼控制器，实现并网变换器的宽频谐振有源阻尼控制；

S4：采用比例多准谐振控制方法和内模控制方法设计并网变换器的电流控制器，实现并网变换器的对谐波谐振电流的抑制控制；

S5：计算当前控制参数下系统在不同频率点上的稳定裕度，确定稳定裕度较小的频带范围；

S6：采用在电压前馈回路增加选频网络环节并设计电流环跟踪误差控制环路的方法，对并网变换器稳定裕度不足的频点进行阻抗重塑；

S7：通过控制器参数自动调谐单元，以获得的并网点阻抗参数和系统谐振频率为基本参数，并根据系统全频段稳定裕度的需求对变流器的控制环路参数进行实时计算；

S8：将计算出来的控制参数输入给电流环控制单元、谐振阻尼控制单元、阻抗重塑控制单元以及锁相环控制单元，对原有系统的控制参数进行更新，返回S2。

实施例2

本实施例中以一台4MW风电变流器为例，参照如图1的示意，一种模块化组合式风电变流器，其不限定具体电路的电压等级，一般采用电压源型脉宽调制变流器。以一台4MW风电变流器为例，一共需要采用8个变换器基本模 块，分别为M11～M14，M21～M24，每个基本变换器模块功率为1MW。将M11～M14的交流侧并联在一起，连接风力发电机；将M21～M24的交流侧并联在一起，连接交流电网；M11与M21的直流端子连接在一起，以此类推，M14与M24的直流端子连接在一起，进而构成了一台功率为4MW的风电变流器；每个基本变换器模块有接收光纤RX和发送光纤TX，可通过不同的方式与主控制器相连。本实施例中，M11和M21、M12和M22、M13和M23、M14和M24的直流端子可全部并联在一起，也可以以2组为单元进行并联，即M11、M21、M12和M22的直流端子并联在一起；M13、M23、M14和M24的直流端子并联在一起；此外，M11～M14的四个交流端子，可全部并联在一起，连接一台单绕组发电机；也可以以2组为单元进行并联，即M11、M12的交流端子并联在一起，M13、M14的交流端子并联在一起，可连接一台双绕组发电机或6相交流电机；也可以不进行连接，连接一台12相交流发电机。

如图2所示，本发明模块化组合式风电变流器的基本变换器模块，包括功率电路、控制电路、控制电源以及功率模块扩展自动辨识电路。功率电路有三个交流端子、两个直流端子和两根光纤接口；该功率电路可以具体描述为：每个变换器模块的功率电路均包含一个三相全控桥功率单元，三相全控桥的直流端子通过两个熔断器与直流电容相连，三相全控桥的交流端子连接三相电抗器的输入端子，三相电抗器的输出端子通过三个熔断器与三相断路器的输入端子相连，三相电抗器的输出端子通过三个熔断器连接三个电阻，三个电阻连接三个交流电容器，三个交流电容器通过星联方式连接在一起；每个变换器模块的功率电路包含一个直流电压传感器、两个交流电压传感器、两个交流电流传感器，直流电压传感器连接直流电容两个端子；第一交流电压传感器连接三相电抗器输出侧的第一和第二端子，第二交流电压传感器连接三相电抗器输出侧的第二和第三端子；第一交流电流传感器串入三相电抗器输出的第一输出端子，第二交流电流传感器串入三相电抗器输出的第二输出端子；控制电路包括电源接口、模拟接口、PWM接口、IO接口、通讯接口和光纤接口，模拟接口连接功率电路的模拟信号，PWM接口连接功率电路的驱动信号，IO接口连接功率电路的IO信号，电源接口外接控制电源，光纤接口连接变流器的主控制器，通讯接口连接外部通讯设备。控制电源输入连接功率电路的交流端子和直流端子，输出连接控制电路。

如图3所示，本发明模块化组合式风电变流器的三相全控桥功率模块，包含功率单元和控制单元两部分，其中功率单元由三个相同的桥臂功率模块组成，桥臂功率模块A的端口1、桥臂功率模块B的端口1和桥臂功率模块C的端口1连接在一起形成功率单元的直流端口P；桥臂功率模块A的端口3、桥臂功率模块B的端口3和桥臂功率模块C的端口3连接在一起形成功率单元的直流端口N；桥臂功率模块A的端口2为功率单元的交流端口A；桥臂功率模块B的端口2为功率模块的交流端口B；桥臂功率模块C的端口2为功率单元的交流端口C；控制单元由全FGPA控制器组成，通过高速通讯接口接收主控发来的控制命令字。

如图4所示，本发明模块化组合式风电变流器的三相全控桥功率模块控制单元的控制命令字由11个字节组成，其中ID表示功率单元的标识码；SYN为同步帧数据；TSA表示桥臂功率模块A的控制周期；DA表示桥臂功率模块A的开通占空比；SA表示桥臂桥臂功率模块A的移相角度；TSB表示桥臂功率模块B的控制周期；DB表示桥臂功率模块B的开通占空比；SB表示桥臂桥臂功率模块B的移相角度；TSC表示桥臂功率模块元C的控制周期；DC表示桥臂功率模块C的开通占空比；SC表示桥臂桥臂功率模块C的移相角度。

如图5所示，本发明模块化组合式风电变流器的基本桥臂功率模块，采用多个相同桥臂基本单元并联的方法实现桥臂功率模块，通过自适应均流控制方法实现并联桥臂基本单元的均流控制。其中，桥臂功率模块由n个相同的桥臂基本单元及功率器件智能驱动单元组成，每个桥臂将上下开关管的电流和导通电压发送至桥臂模块控制器FPGA中，FPGA根据各个桥臂的电流计算平均电流i _avg，当第i个桥臂的电流i _ci大于i _avg时，减小该管子对应的驱动电压；当第i个桥臂的电流i _ci小于i _avg时，增大该管子对应的驱动电压；驱动电压变化量的计算公式为：

式中：K _G1为驱动电压与功率器件饱和压降的关系系数；K _G2为饱和压降与功率器件电流的关系系数。

如图6所示，本发明模块化组合式风电变流器的功率器件智能驱动单元，功率器件智能驱动单元的FPGA控制器通过高速串行通讯接收功率管的开通时间和关断时间指令，通过数字接口接收功率管的开关信号，功率开关管的电 流i _c和管压降U _ce通过模拟信号调理电路和AD转换器接入到FPGA中，根据开通和关断时间分别与驱动电压和功率开关管电流的关系表，确定可编程电源的输出电压和电流，同时通过控制驱动电阻矩阵，选择开通和关断驱动电阻，实现功率器件的精确开通和关断。功率器件智能驱动单元精确计算功率器件开通和关断的时间，并通过高速串行通讯发送至桥臂功率模块的控制器。

如图7所示，本发明模块化组合式风电变流器的主控制单元，包括DSP模块和FPGA模块，FPGA模块包括高速串行通讯接口、串并转换接口、高速并行接口、FIFO和SRAM；高速串行通讯接口用于同步接收2N个变换器模块的基本信息，在逻辑和控制处理模块的控制下将这些信息暂存在FIFO中，并进一步将信息存储于SRAM中，最后通过高速并行接口将变流器功率电路的信息传送给DSP模块；DSP模块包括高速并行接口、通讯接口、编码器接口、模拟信号接口、数字信号接口和软件功能模块；高速并行接口用于与FPGA进行海量数据高速通讯，通讯接口用于与风机主控或其他接口设备进行实时通讯；编码器接口用于连接发电机以获取发电机的转速和角度信息；模拟信号接口用于检测风电变流器接入电网侧的状态以及变流器柜内温度、湿度等信号；数字信号接口用于检测其他外设的状态信号；软件功能模块包括：底层功能模块和顶层功能模块；底层功能模块包括：磁链定向控制功能模块、直接转矩控制功能模块、无速度传感器功能模块、电压定向控制功能模块、虚拟同步控制功能模块、无网压传感器功能模块；顶层功能模块包括：环流抑制功能模块、主动环流控制功能模块、谐波优化控制功能模块、故障容错控制功能模块和故障重构控制功能模块。系统功率模块共计N个接收光纤端子与N个光纤发送端子与风电变流器N个功率模块的控制电路光纤口连接。

如图8所示，本发明模块化组合式风电变流器的基本变换器模块控制单元，变换器的三相电压经过零点检测电路得到频率ω _z，同时变换器的三相电压经电压传感器检测后输入至三相锁相环(PLL)得到角度θ _p和频率ω _p；引入变量ω _g、θ _g和符号FT，其中ω _g表示电压角频率，θ _g表示电压相位角，FT表示电压传感器的状态，当FT＝0时，ω _g取值为ω _p，θ _g取值为θ _p；当FT＝1时，ω _g取值为ω _z，θ _g取值为θ _e；变换器三相电流经过三相静止至两相旋转坐标变换得到i _d和i _q；给定电流i _{d_ref}和i _{q_ref}分别与电流i _d和i _q做差后经过PI调节器，再经过限幅环节得到u _d和u _q；u _d和u _q经过两相旋转至三相静止坐标变换得到三相调制波电压 u _ma、u _mb和u _mc，再经过空间矢量调制驱动三相功率模块；电压u _q与其耦合项Δu _q之和经过增益积分器得到Δθ _e；信号ω _g经积分器再减去Δθ _e得到θ _e。

如图9所示，本发明模块化组合式风电变流器的控制电源模块，具有三个交流输入端口和两个直流输入端口，交流端口用于连接三相交流电压，直流端口用于连接直流电压；三相交流电压通过不控整流器后接DC-DC变换器3，直流电压接DC-DC变换器2，DC-DC变换器2和DC-DC变换器3的第二路输出接DC-DC变换器5的两个输入端口，DC-DC变换器5的输出端口通过二极管D5给电池单元充电；电池单元的输出通过二极管D4接DC-DC变换器1的输入，DC-DC变换器1输出稳定的直流电压U _dc1，DC-DC变换器2输出稳定的直流电压U _dc2，DC-DC变换器3输出稳定的直流电压U _dc3，DC-DC变换器1输出经过二极管D1与DC-DC变换器4的输入相连，DC-DC变换器2输出经过二极管D2与DC-DC变换器4的输入相连，DC-DC变换器3输出经过二极管D3与DC-DC变换器4的输入相连，DC-DC变换器输出稳定的直流电压给基本变换器模块供电。

如图10所示，本发明模块化组合式风电变流器的功率模块智能扩展自动辨识电路，包括电源、光耦以及逻辑门电路。以两个功率模块并联为例，说明该功率模块扩展自动辨识电路的基本功能，其可以具体描述为：电源V1的正极接变流器模块1的端子4，变流器模块2的端子4经电阻R11接光耦T1的管脚1，光耦T1的管脚2接电源V1的负极；电源V2的正极接变流器模块1的端子5，变流器模块2的端子5经电阻R12接光耦T2的管脚1，光耦T2的管脚2接电源V2的负极；电源V3的正极接变流器模块1的端子1，变流器模块2的端子1经电阻R13接光耦T3的管脚1，光耦T3的管脚2接电源V3的负极；电源V4的正极接变流器模块1的端子2，变流器模块2的端子2经电阻R14接光耦T4的管脚1，光耦T4的管脚2接电源V4的负极；电源V5的正极接变流器模块1的端子3，变流器模块2的端子3经电阻R15接光耦T5的管脚1，光耦T5的管脚2接电源V5的负极；+5V电源通过电阻R21接光耦T1的管脚4，+5V电源通过电阻R22接光耦T2的管脚4，+5V电源通过电阻R23接光耦T3的管脚4，+5V电源通过电阻R24接光耦T4的管脚4，+5V电源通过电阻R25接光耦T5的管脚4，光耦T1～光耦T5的管脚3接+5V电源地；光耦T1～光耦T5的管脚4接入5输入或非门；当或非门的输出S1为高电平时 候，判断变流器模块2接入变流器系统，允许变流器模块2工作；当或非门的输出S1为低电平时候，判断变流器模块2退出变流器系统，禁止变流器模块2工作。

如图11所示，本发明模块化组合式风电变流器的串行数据链接通讯技术，主控制器的发送端口与M11的接收端口R1C连接，M11的发送端口T1C与M12的接收端口R2C连接，M12的发送端口T2C与M13的接收端口R3C相连，依次类推，M1[N-1]的发送端口T[N-1]C与M1N的接收端口RNC连接，M1N的发送端口TNC与主控制器的接收端口RMC连接；主控制器通过TMC端口发送控制信息给M11，M11在收到控制信息数据的同时将控制信息数据从T1C端口同步发送出去，同时在控制信息数据接收完毕后，将M11的状态信息从T1C端口发送出去；M12在收到控制信息的同时将控制信息数据从T2C端口同步发送出去，同时在控制信息和M11状态信息接收完毕后，将M12的状态信息从T2C端口发送出去；依次类推，M1N在收到控制信息的同时将控制信息数据从TNC端口同步发送出去，同时在控制信息和M1[N-1]状态信息接收完毕后，将M1N的状态信息从TNC端口发送出去；主控器可在RMC端口接收到所有功率模块的状态信息。

如图12所示，本发明模块化组合式风电变流器的采用多模式主动环流控制实现变流器的热平衡的方法，系统存在三种工作模式：

模式1：正序主动环流控制模式，多路开关S1、S2和S3均位于位置1，模块化组合变流器中将有幅值为i _cp的正序环流在变换器中流动，在各变换器的d轴参考电流中增加额外的分量i _{di_cp}，其表达式满足：

模式2：负序主动环流控制模式，多路开关S1、S2和S3均位于位置1，该模式下模块化组合变流器中将有幅值为i _cp的负序环流在变换器中流动，在各变换器的d轴参考电流中增加额外的分量i _{di_cp}，其表达式满足：

模式3：无功主动环流控制模式，多路开关S1、S2和S3均位于位置2，该模式下模块化组合变流器中将有幅值为i _cp的无功环流在变换器中流动，在各变换器的q轴参考电流中增加额外的分量i _{qi_cp}，其表达式满足：

模式4：零序主动环流控制模式，多路开关S1、S2和S3均位于位置3，该模式下模块化组合变流器中将有幅值为i _cp的零序环流在变换器中流动，在各变换器的零轴参考电流中增加额外的分量i _{zi_cp}，其表达式满足：

参照图13，本发明模块化组合式风电变流器的谐波优化控制方法，将风电变流器的输出功率从0.2-1pu按照步长为0.2pu进行等分，当变流器的输出功率在0-0.2pu状态下，开关频率选取5.1KHz，并且功率每提升0.2pu，开关频率降低0.3KHz。相反，为了避免变流器在每种工况之间频繁切换开关频率，当变流器从额定工况降低至0.78pu时，增大开关频率0.3KHz，以此来形成0.02pu的功率-频率滞环，随着功率的降低，依次类推。

参照图14，本发明模块化组合式风电变流器的谐波优化控制的具体实现方法，首先检测并网电流的大小，计算其有效值；判断风电变流器并网功率的变化方向，根据风电变流器并网功率的变化方法查电流与开关频率对应表，读取事先存取在存储器里的开关频率值，并传回PWM发生器，实现变开关频率控制，实现风电变流器的变开关频率控制。

参照图15，本发明模块化组合式风电变流器的谐波优化控制的具体实现方法，首先检测并网电流的大小，计算其有效值；判断风电变流器并网功率的变化方向，根据风电变流器并网功率的变化方法查电流与开关频率对应表，读取事先存取在存储器里的开关频率值，并传回PWM发生器，实现变开关频率控制，实现风电变流器的变开关频率控制。

参照图16，本发明模块化组合式风电变流器的变流器热应力平衡控制方法，以便刘辟平均开关频率为2kHz为例，将并网电流按相位在一个周期内40等分；在相位在0-0.05π区间，开关频率取为2450Hz，以后每隔0.05π角度，将开关频率降低90Hz，直至0.5π达到电流峰值，开关频率变为1550Hz；在相位在0.5π-π区间，开关频率从1550Hz开始，每隔0.05π角度，将开关频率增加90Hz，直到角度等于π时，开关频率变为2450Hz；在相位在π-1.05π区间，开关频率取为2450Hz，以后每隔0.05π角度，将开关频率降低90Hz，直至1.5π达到电流峰值，开关频率变为1550Hz；在相位在1.5π-2π区间，开关频率从1550Hz开始，每隔0.05π角度，将开关频率增加90Hz，直到角度等于2π时，开关频率变为2450Hz；在下个电流周期，开关频率的变化按照上述规律重复进行。

参照图17，本发明模块化组合式风电变流器的的变流器热应力平衡控制的具体实现方法，首先检测并网电流的大小，检测其相角；根据检测到的相角查找相角和开关频率对应数据表，然后读取先存取在存储器里的开关频率值，并传送给PWM发生器，实现一个电流周波内的变开关频率控制。

参照图18，本发明模块化组合式风电变流器的电压源控制的并联均流控制方法，根据网侧变换器模块1的三相并网电压和电流计算并网侧的无功功率；给定无功功率和实际无功功率的差值经过PI调节器得到Δu _t1；直流电压经过比例积分器得到角度的基准值；将三相电流经过Park变换得到i _d1和i _q1，进一步可得n个网侧变换器的平均电流为：

将平均电流i _davg与i _d1和的差值经过PI调节器得到Δθ；将平均电流i _qavg与i _q1和的差值经过PI调节器得到Δu _t，进而可得调制波的相位和幅值分别为：

根据调制波的相角和幅值可得三相调制波，通过PWM调制驱动网侧变换器。

参照图19，本发明模块化组合式风电变流器的变流器端口阻抗重塑控制方法，通过在电流环的不同环节设置不同的阻抗重塑环路，可调节风电变流器的并网侧变换器在不同频段的等效阻抗或调节对应频率段的相角裕度，进而增加风电变流器的并网稳定性，具体实现时将电流误差通过控制环节Dc(s)反馈至电流环的输出形成阻抗重塑环路1，将并网点电压通过I _PLL(s)附加至电流环的给定参考值上形成阻抗重塑环路2，将并网点电压通过D _f(s)并乘以增益K _f附加至电流环的控制输出形成阻抗重塑环路3。

参照图20，本发明模块化组合式风电变流器的电网阻抗自适应控制方法，通过在线检测电网阻抗实现风电变流器并网侧变换器的电流环自适应控制。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算 机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (18)

1. 一种模块化智能组合风电变流器，其特征在于：包括，

   单个桥臂功率单元，若干所述桥臂功率单元通过并联形成大容量桥臂功率模组，三个所述桥臂功率模组构成一个三相全控桥功率模块，所述三相全桥功率模块包括电抗器、电容器、熔断器以及断路器构成基本变换器模块，所述基本变换器模块通过模块化智能组合方法构成大容量的所述风电变流器。
2. 如权利要求1所述的模块化智能组合风电变流器，其特征在于：包括，

   所述风电变流器通过单个功率器件的智能驱动单元能够控制桥臂功率开关的精确开通和关断，在所述桥臂功率模组中集成了均流控制器用于实现所述桥臂功率模组中各个桥臂的均流；

   所述三相全桥功率模块中集成了驱动控制器用于实现三个所述桥臂功率模组的不同开关组合；

   所述基本变换器模块集成变流器主控制器用于实现变流器输出电流的控制，通过变流器模块化智能组合方法能够实现变流器功率单元的智能识别和在线热插拔；以及所述变流器控制器包括主控制单元，用于实现并网和风力发电机的基本控制，所述主控制单元中包括主动环流控制模块、并网电流谐波优化控制模块、变流器热应力平衡控制模块、并联均流控制模块、变流器稳定控制模块和电网阻抗自适应控制模块。
3. 如权利要求2所述的模块化智能组合风电变流器，其特征在于：所述风电变流器所采用的模块化智能组合方法包括构建模块化组合扩容的变流器体系架构，所述变流器体系架构的电路结构实现方法如下：

   变换器基本模块M1N的端子4与变换器基本模块M2N的端子4相连，以及变换器基本模M1N的端子5与变换器基本模M2N的端子5相连；

   变换器基本模块M1[N-1]的端子1与变换器基本模块M1N的端子1相连，变换器基本模块M1[N-1]的端子2与变换器基本模块M1N的端子2相连；变换器基本模块M1[N-1]的端子3与变换器基本模块M1N的端子3相连；

   变换器基本模块M2[N-1]的端子1与变换器基本模块M2N的端子1相连，变换器基本模块M2[N-1]的端子2与变换器基本模块M2N的端子2相连，变换器基本模块M2[N-1]的端子3与变换器基本模块M2N的端子3相连；

   每个所述基本变换器模块有接收光纤RX和发送光纤TX，能够通过不同的方式与主控制器的所述主控制单元相连。
4. 如权利要求2或3所述的模块化智能组合风电变流器，其特征在于：所述基本变换器模块中的控制单元实现电流控制，功率模块扩展自动辨识电路用于识别是否有新的基本功率模块接入并通过风电变流器主控制器实现基本功率模块的在线热插拔功能，控制电源模块从交流端子和直流端子取电给控制电路供电。
5. 如权利要求4所述的模块化智能组合风电变流器，其特征在于：所述三相全桥功率模块包括功率单元和控制单元，其中，

   所述功率单元包括三个相同的所述桥臂功率模块，桥臂功率模块A的端口1、桥臂功率模块B的端口1和桥臂功率模块C的端口1连接在一起形成功率单元的直流端口P桥臂功率模块A的端口3、桥臂功率模块B的端口3和桥臂功率模块C的端口3连接在一起形成功率单元的直流端口N；桥臂功率模块A的端口2为功率单元的交流端口A；桥臂功率模块B的端口2为功率模块的交流端口B；桥臂功率模块C的端口2为功率单元的交流端口C。
6. 如权利要求2～3或5任一所述的模块化智能组合风电变流器，其特征在于：所述控制单元包括，

   全FGPA控制器，其通过高速通讯接口接收主控发来的控制命令字，控制命令字的格式如下：

   ID SYN TSA DA SA TSB DB SB TSC DC SC

   其中ID表示功率单元的标识码；SYN为同步帧数据；TSA表示桥臂功率模块A的控制周期；DA表示桥臂功率模块A的开通占空比；SA表示桥臂桥臂功率模块A的移相角度；TSB表示桥臂功率模块B的控制周期；DB表示桥臂功率模块B的开通占空比；SB表示桥臂桥臂功率模块B的移相角度；TSC表示桥臂功率模块元C的控制周期；DC表示桥臂功率模块C的开通占空比；SC表示桥臂桥臂功率模块C的移相角度。
7. 如权利要求6所述的模块化智能组合风电变流器，其特征在于：所述桥臂功率单元包括采用至少一所述桥臂功率单元并联实现，通过自适应均流控制实现并联桥臂基本单元的均流控制，控制如下：

   所述桥臂功率单元由n个相同的桥臂基本单元及功率器件的智能驱动单元组成，每个桥臂将上下开关管的电流和导通电压发送至桥臂模块控制器FPGA中，控制器FPGA根据各个桥臂的电流计算平均电流i _avg；

   当第i个桥臂的电流i _ci大于i _avg时，减小该管子对应的驱动电压、当第i个桥臂的电流i _ci小于i _avg时，增大该管子对应的驱动电压，驱动电压变化量的计算公式为：

   

   式中：K _G1为驱动电压与功率器件饱和压降的关系系数；K _G2为饱和压降与功率器件电流的关系系数。
8. 如权利要求7所述的模块化智能组合风电变流器，其特征在于：所述智能驱动单元包括采用智能驱动控制方法实现单个功率器件的精确开通和关断，其实现方法如下，

   功率器件的所述智能驱动单元中FPGA控制器通过高速串行通讯接收功率管的开通时间和关断时间指令；

   通过数字接口接收功率管的开关信号，功率开关管的电流i _c和管压降U _ce通过模拟信号调理电路和AD转换器接入到FPGA中；

   根据开通和关断时间分别与驱动电压和功率开关管电流的关系表，确定可编程电源的输出电压和电流，同时通过控制驱动电阻矩阵，选择开通和关断驱动电阻，实现功率器件的精确开通和关断；

   所述智能驱动单元精确确定功率器件开通和关断的时间，并通过高速串行通讯发送至所述桥臂功率单元的控制器。
9. 如权利要求8所述的模块化智能组合风电变流器，其特征在于：所述确定功率器件开通和关断的时间包括，

   所述桥臂功率单元的控制器给功率器件智能驱动单元控制器发送驱动电压、驱动电流以及开通驱动电阻和关断驱动电阻设置值；

   所述桥臂功率单元的控制器给功率器件智能驱动单元控制器间隔发送驱动测试信号；

   所述智能驱动单元控制器控制功率器件间隔导通，并依次检测每次功率器件的导通时间和关断时间；

   所述智能驱动单元控制器将检测的功率器件导通时间和关断时间发送至桥臂功率模块控制器；

   所述桥臂功率单元的控制器对所有并联桥臂功率器件的导通时间和关断时 间求平均值作为功率管的开通时间指令和关断时间指令。
10. 如权利要求6～9任一所述的模块化智能组合风电变流器，其特征在于：所述主控制单元包括DSP模块和FPGA模块，

    FPGA模块包括高速串行通讯接口、串并转换接口、高速并行接口、FIFO和SRAM，所述高速串行通讯接口用于同步接收2N个变换器模块的基本信息，在逻辑和控制处理模块的控制下将这些信息暂存在FIFO中，并进一步将信息存储于SRAM中，最后能够通过高速并行接口将变流器功率电路的信息传送给DSP模块；

    DSP模块包括高速并行接口、通讯接口、编码器接口、模拟信号接口、数字信号接口和软件功能模块，其中所述高速并行接口用于与FPGA模块进行海量数据高速通讯，通讯接口用于与风机主控或其他接口设备进行实时通讯；编码器接口用于连接发电机以获取发电机的转速和角度信息；模拟信号接口用于检测风电变流器接入电网侧的状态以及变流器柜内温度、湿度等信号；数字信号接口用于检测其他外设的状态信号。
11. 如权利要求10所述的模块化智能组合风电变流器，其特征在于：所述基本变换器模块的控制单元用于控制基本变换器的输出电流，其控制结构包括，

    变换器的三相电压经过零点检测电路得到频率ω _z，同时变换器的三相电压经电压传感器检测后输入至三相锁相环(PLL)得到角度θ _p和频率ω _p；

    引入变量ω _g、θ _g和符号FT，其中ω _g表示电压角频率，θ _g表示电压相位角，FT表示电压传感器的状态；

    当FT＝0时，ω _g取值为ω _p，θ _g取值为θ _p；

    当FT＝1时，ω _g取值为ω _z，θ _g取值为θ _e；

    变换器三相电流经过三相静止至两相旋转坐标变换得到i _d和i _q；

    给定电流i _{d_ref}和i _{q_ref}分别与电流i _d和i _q做差后经过PI调节器，再经过限幅环节得到u _d和u _q，u _d和u _q经过两相旋转至三相静止坐标变换得到三相调制波电压u _ma、u _mb和u _mc，再经过空间矢量调制驱动三相功率模块；

    电压u _q与其耦合项Δu _q之和经过增益积分器得到Δθ _e；

    信号ω _g经积分器再减去Δθ _e得到θ _e。
12. 如权利要求11所述的模块化智能组合风电变流器，其特征在于：所述控制电源模块包括，

    控制电源具有三个交流输入端口和两个直流输入端口，交流端口用于连接三相交流电压，直流端口用于连接直流电压；三相交流电压通过不控整流器后接DC-DC变换器3，直流电压接DC-DC变换器2，DC-DC变换器2和DC-DC变换器3的第二路输出接DC-DC变换器5的两个输入端口，DC-DC变换器5的输出端口通过二极管D5给电池单元充电；

    电池单元的输出通过二极管D4接DC-DC变换器1的输入，DC-DC变换器1输出稳定的直流电压Udc1，DC-DC变换器2输出稳定的直流电压Udc2，DC-DC变换器3输出稳定的直流电压Udc3，DC-DC变换器1输出经过二极管D1与DC-DC变换器4的输入相连，DC-DC变换器2输出经过二极管D2与DC-DC变换器4的输入相连，DC-DC变换器3输出经过二极管D3与DC-DC变换器4的输入相连，DC-DC变换器输出稳定的直流电压给所述基本变换器模块供电。
13. 一种基于模块化智能组合风电变流器的主动环流控制方法，其特征在于：采用多模式主动环流控制实现变流器的热平衡，包括以下工作模式，

    模式1：正序主动环流控制模式，多路开关S1、S2和S3均位于位置1，模块化组合变流器中将有幅值为i _cp的正序环流在变换器中流动，在各变换器的d轴参考电流中增加额外的分量i _{di_cp}，其表达式满足：

    

    模式2：负序主动环流控制模式，多路开关S1、S2和S3均位于位置1，该模式下模块化组合变流器中将有幅值为i _cp的负序环流在变换器中流动，在各变换器的d轴参考电流中增加额外的分量i _{di_cp}，其表达式满足：

    

    模式3：无功主动环流控制模式，多路开关S1、S2和S3均位于位置2，该 模式下模块化组合变流器中将有幅值为i _cp的无功环流在变换器中流动，在各变换器的q轴参考电流中增加额外的分量i _{qi_cp}，其表达式满足：

    

    模式4：零序主动环流控制模式，多路开关S1、S2和S3均位于位置3，该模式下模块化组合变流器中将有幅值为i _cp的零序环流在变换器中流动，在各变换器的零轴参考电流中增加额外的分量i _{zi_cp}，其表达式满足：

    
14. 一种基于模块化智能组合风电变流器的并网电流谐波优化控制方法，其特征在于：采用一种变开关频率的控制方法实现并网电流的谐波优化控制，包括以下步骤，

    提升低功率下的开关频率，降低低功率下的谐波大小；

    将风电运行工况从0.2-1pu，步长为0.2pu进行等分；

    当变流器运行在0-0.2pu状态下，开关频率选取5.1KHz，并且功率每提升0.2pu，开关频率降低0.3KHz；

    当变流器从额定工况降低至0.78pu时，增大开关频率0.3KHz，形成0.02pu的功率-频率滞环，随着功率的降低，依次类推；

    通过测并网电流的大小，计算其有效值，并判断其功率变化方向，在通过查表读取事先存取在存储器里的开关频率值，并传回PWM发生器，实现变开关频率控制，降低低功率状态下并网电流的谐波。
15. 一种基于模块化智能组合风电变流器的变流器热应力平衡控制方法，其特征在于：采用在一个电流周波内对开关频率进行变化控制实现变流器热应力平衡控制方法，包括以下步骤，

    将并网电流按相位在一个周期内40等分；

    在0-0.05pi开关频率最高，为2100Hz，以后每隔0.05pi降低90Hz，直至0.5pi达到电流峰值，之后再递增，以此类推；

    并将电流相位与开关频率对应，事先存储于存储器中；

    检测电网三相电流，并检测其相角，将检测到的相角带入事先存储的表格，得到对应的开关频率，并传送给PWM发生器。
16. 一种基于模块化智能组合风电变流器的并联均流控制方法，其特征在于：采用一种均流控制方法实现模块化组合电压源型风电变流器的并联控制，包括以下步骤，

    根据网侧变换器模块1的三相并网电压和电流计算并网侧的无功功率；

    给定无功功率和实际无功功率的差值经过PI调节器得到Δu _t1；

    直流电压经过比例积分器得到角度的基准值；

    将三相电流经过Park变换得到i _d1和i _q1，进一步可得n个网侧变换器的平均电流为：

    

    将平均电流i _davg与i _d1和的差值经过PI调节器得到Δθ；

    将平均电流i _qavg与i _q1和的差值经过PI调节器得到Δu _t，进而可得调制波的相位和幅值分别为：

    

    根据调制波的相角和幅值可得三相调制波，通过PWM调制驱动网侧变换器。
17. 一种基于模块化智能组合风电变流器的变流器稳定控制方法，其特征在于：通过在电流环的不同环节设置不同的阻抗重塑环路，可调节风电变流器的并网侧变换器在不同频段的等效阻抗或调节对应频率段的相角裕度，进而增加风电变流器的并网稳定性，包括以下步骤，

    将电流误差通过控制环节Dc(s)反馈至电流环的输出形成阻抗重塑环路1；

    将并网点电压通过IPLL(s)附加至电流环的给定参考值上形成阻抗重塑环路2；

    将并网点电压通过Df(s)并乘以增益Kf附加至电流环的控制输出形成阻抗重塑环路3。
18. 一种基于模块化智能组合风电变流器的电网阻抗自适应控制方法，其特征在于：通过在线检测电网阻抗实现风电变流器并网侧变换器的电流环自适应控制，包括以下步骤，

    根据系统的基本参数，确定电流环控制单元、谐振阻尼控制单元、阻抗重塑控制单元以及锁相环控制单元的初始控制参数；

    通过向并网点注入小幅特征频率电压扰动信号，实现对并网点阻抗参数以及系统谐振频率点的测量；

    通过多频率陷波器串联可调增益环节设计并网变换器的谐振阻尼控制器，实现并网变换器的宽频谐振有源阻尼控制；

    采用比例多准谐振控制方法和内模控制方法设计并网变换器的电流控制器，实现并网变换器的对谐波谐振电流的抑制控制；

    计算当前控制参数下系统在不同频率点上的稳定裕度，确定稳定裕度较小的频带范围；

    采用在电压前馈回路增加选频网络环节并设计电流环跟踪误差控制环路的方法，对并网变换器稳定裕度不足的频点进行阻抗重塑；

    通过控制器参数自动调谐单元，以获得的并网点阻抗参数和系统谐振频率为基本参数，并根据系统全频段稳定裕度的需求对变流器的控制环路参数进行实时计算；

    将计算出来的控制参数输入给电流环控制单元、谐振阻尼控制单元、阻抗重塑控制单元以及锁相环控制单元，对原有系统的控制参数进行更新。

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