一、全功率變流器控制原理
全功率風力發電系統主體電路結構，如圖1所示。發電機的輸出端連線變流器的機側，變流器的網側輸出經公升壓變後，連線電網。
圖1全功率風力發電系統主體電路結構。
隨著風速的變化，發電機的轉速也變化，因此發電機輸出的電壓幅值和頻率是變化的，而電網的電壓幅值和頻率是恆定的。為了將發電機輸出的頻率和幅值變化的交流電送入到電網，變流器起到中間紐帶環節的作用。首先將發電機輸出的交流電經機側變流器部分整流成直流電，再經由網側變流器部分逆變成交流電送入電網。
圖2為全功率風力發電功率控制原理圖，風機總控依據當前的風況，通過變槳和偏航控制葉片吸收的機械能，獲得發電機的轉矩量。然後將轉矩量值下發給變流器。變流器根據總控下發的轉矩指令，控制對發電機電能的抽取，從而控制併網電流大小。
圖2 功率控制原理圖
對於機側的變流器部分，在無速度感測器控制技術的基礎上，採用基於定子電流定向的復合向量控制技術，實現最大轉矩電流比向量控制的控制效能。圖3為發電機的控制向量圖。
圖3 發電機控制向量圖
對於網側的變流器部分，採用電流解耦控制技術及並網電流對稱控制技術。通過對並網電流的解耦，將並網電流分解為有功電流、無功電流單獨控制，實現有功功率和無功功率的控制。同時為實現三相併網電流的對稱控制，將負序的有功電流和無功電流控制為零。
控制結構框圖如圖4所示。
圖4 網側變流器控制框圖
根據機側變流器主體電路及控制策略，進行建模分析。圖5為機側變流器的主體電路結構，圖6為轉換為數學模型的機側控制框圖。
圖5 機側變流器主體電路結構
圖6機側變流器控制數學模型框圖
根據網側變流器主體電路及控制策略，進行建模分析。圖7為網側變流器的主體電路機構，圖8為為轉換為數學模型的網側控制框圖。
圖7 網側變流器主體電路結構
圖8 網側變流器控制數學模型框圖
全功率風機變流器網側、機側協同控制策略如圖9所示。圖中，ddsrf-spll (decoupled double synchronous reference frame spll)為雙同步座標系軟體鎖相環，實時檢測電網電壓的正負序分量角度和。在正常情況的直驅機組發電執行時，機側變流器實現功率外環和電流內環控制，在實時跟蹤給定發電功率控制的前提下，實現無速度感測器向量控制和定子電流的最優控制；網側變流器實現直流電壓外環和橋臂並網電流的內環控制，在恆定直流支撐電壓等於設定值的前提下，實現橋臂d、q軸正序電流、和負序電流、的解耦控制和電網電壓的前饋控制，實時保證併網電流三相對稱控制。
圖9 全功率風機變流器網側、機側協同控制策略
二、svg退出執行時，全功率風機變流器運**況
當高壓無功功率補償器退出執行時，全功率變流器是能夠正常執行的，前提是總控工作正常，電網執行在合適的設定範圍，滿足變流器設計的工作範圍內，即高壓側不能超過760vac，低壓正常執行時，不低於690×0.8＝552v。lvrt時除外。
三、全功率風機變流器的無功控制原理
全功率風機變流器的網側部分能夠起到併網無功功率調節作用。圖10為三相電壓型pwm變換電路，對此進行工作模式分析。通過對網側電流控制可以實現四象限執行。
圖10 三相電壓型pwm變換器
上圖中，ua表示a相交流電源電動勢向量，va表示交流側電壓（即橋臂中點對電網中點的電壓）向量，ia表示交流側電流向量，ula表示交流側電感電壓向量。以電網電動勢向量為參考時，通過控制交流電流向量即可實現pwm變換器的四象限執行。pwm變換器四象限執行規律如圖11所示。
圖11 pwm變換器交流側向量關係
(1)電壓向量va端點在圓軌跡ab上運動，如圖11(a)所示。 pwm 變換器執行於整流狀態。從電網吸收有功及感性無功功率。在a點執行時，pwm變換器從電網只吸收感性無功功率。
(2)電壓向量va端點在圓軌跡bc上運動，如圖11(b)所示。pwm 變換器執行於整流狀態。從電網吸收有功及容性無功功率。當pwm 變換器執行在b點時，則實現單位功率因數整流控制；
(3)電壓向量va端點在圓軌跡cd上運動，如圖11(c)所示。pwm 變換器執行於有源逆變狀態。向電網傳輸有功及容性無功功率。
當pwm 變換器執行至c點時，pwm 變換器從電網吸收容性無功功率。
(3)電壓向量va端點在圓軌跡da 上運動，如圖11(d)所示pwm 變換器執行於有源逆變狀態。向電網傳輸有功及感性無功功率。pwm 變換器執行至d點時，便可實現單位功率因數有源逆變控制。
通過控制交流側電流向量ia,來控制變流器的執行狀態。對於機側的變流器，主要在圓軌跡abc上運動，工作於整流模式，將發電機輸出的電壓整流成直流電。對於網側的變流器，主要在圓軌跡cda 上運動，工作於有源逆變模式，將直流電逆變成交流電，送入電網，同時能夠實現無功功率調節。
對於交流側電流向量的控制，採用解耦控制，將交流側電流向量分解成有功電流、無功電流單獨控制，實現有功功率和無功功率的控制，控制原理如圖4所示。
變流器可實現感性和容性無功調節，在正常執行時，提供的無功功率可達到額定功率的40%。無功功率的調節特性由總控決定，根據當前的電網電壓值，可實現單台機組調節或統一排程調節。
四、風力發電機組在低電壓穿越時功率輸出特性。
直驅風力發電系統中，電網電壓的瞬間跌落會導致網側變流器輸出功率的減小，如果機側變流器仍舊實時響應總控轉矩訊號，能量的不匹配將導致直流母線電壓，這就勢必會威脅到網側與機側變流器功率器件如開關管、直流支撐電容的壽命和執行可靠性，因此為瞬間釋放發電機饋送到電網的能量，需要網側、機側變流器協調控制撬棒卸荷電路動作，保證系統的平穩投切和穩定執行。同時依據要求提供一部分的無功功率支援。
在發生低電壓穿越時，變流器輸出的功率與電網電壓跌落的深度和總控下發轉矩值有關。由於變流器功率器件的過載能力有限，併網電流大小受到限制，當電網電壓跌落時，電流維持一定值時，跌落深度越深，併網功率越小。變流器併入電網的有功功率由機側決定，總控下發轉矩越小，併入電網的功率越小。
同時，考慮到無功功率支援的要求，在發生低電壓穿越時，除了正常的有功電流送入電網外，還需要送入電網一部分無功電流，以變流器額定電流為限制條件，在發生低電壓穿越時,無功電流滿足。及投入電網的視在電流值不超過變流器的額定電流值。
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