[發明專利]基于混合型模塊化多電平換流器的低頻模型預測控制方法

有效

• 申請號: 201710978198.4
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107707142B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 張開宇;郭強;馮煜堯;崔勇;余穎輝;馮楠;熊雪君
• 申請（專利權）人: 國網上海市電力公司;華東電力試驗研究院有限公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02J3/18
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 朱成之

本發明提供一種基于混合型模塊化多電平換流器的低頻模型預測控制方法，實現了基于上中下三層控制構成的低頻模型預測控制策略：上層控制建立指標函數，選取滿足交流側電流、環流與橋臂電容電壓控制要求的橋臂輸出電平，并有效減少了尋優計算量；中層控制采用H橋模塊控制算法，穩定H橋模塊電容電壓，計算其等效輸出電平，并確定橋臂半橋型子模塊的投切數目；下層控制根據子模塊電容電壓的優化控制策略，確定各子模塊開關信號，實現子模塊電容電壓的平衡控制，并降低了子模塊的平均開關頻率。

技術領域

本發明涉及一種基于混合型模塊化多電平換流器的低頻模型預測控制方法，屬于電力電子領域。

背景技術

隨著電力系統發展，大量無功負載降低了電網功率因數，對系統穩定、安全與經濟性運行產生了一定的不利影響。靜止同步補償器(STATCOM)作為柔性交流輸電系統(FACTS)的重要組成部分，可有效提高系統功率因數和改善電能質量。電力系統規模的擴大，要求STATCOM能夠應用于高壓大功率場合，因此需要提高補償裝置的容量與電壓等級。模塊化多電平換流器(MMC)作為一種新型多電平換流器以其模塊化結構、容量易擴展、諧波含量低以及靈活功率調節能力等特點被廣泛地應用于長距離的柔性直流輸電、無功補償、新能源發電并網等高壓大功率場合，具有廣闊的發展前景。由于MMC的諸多有利特性，將其應用于STATCOM具有廣闊的發展前景，相關研究集中在無功補償控制與調制策略、拓撲結構、電容電壓平衡以及環流抑制等方面。

對于傳統型MMC拓撲，各相每個時刻投入N個子模塊時，最大輸出電平數為N+1。不限定各相子模塊投入數目時，輸出電平數可達到2N+1，但會產生環流，增加換流器損耗，影響系統的穩定運行。混合型MMC拓撲，在傳統拓撲的每個橋臂上增加1個H橋模塊，并將H橋模塊等效于±1/2個半橋型子模塊。當各相每個時刻模塊投入數目為N時，即在保證環流抑制效果前提下，最大輸出電平數能夠達到2N+1。對于混合型模塊化多電平STATCOM，基于PI控制器的控制策略具有參數整定困難、控制過程調節時間相對較長、難以大范圍適用等問題，因此需要采用合適的控制方法。

模型預測控制是近些年發展起來的一種新型控制方法，通過建立系統離散狀態模型，設置控制量的指標函數選取最優開關狀態組合，實現對目標的直接控制。Rodriguez J等人發表的《Predictive current control of a voltage source inverter電壓源換流器的預測電流控制》將模型預測控制應用于電壓源換流器，體現了模型預測控制的控制思想。J.Qin等人發表的《Predictive Control of a Modular Multilevel Converter for aBack-to-Back HVDC System用于背靠背HVDC系統的模塊化多電平換流器的預測控制》將模型預測控制應用于MMC-HVDC系統，通過合理設計指標函數的權重系數，較好地實現了多目標協調控制，但該方法存在計算量大、開關頻率高、系統損耗大等問題。目前，模型預測控制在傳統MMC上的應用較為廣泛，但在混合型MMC系統的應用仍需進一步的研究。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種基于混合型模塊化多電平換流器的低頻模型預測控制方法，減少了尋優計算量，減小了電容電壓波動，降低了開關頻率。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供一種基于混合型模塊化多電平換流器的低頻模型預測控制方法，包含以下過程：

利用上層控制指標函數G₁，選取滿足交流側電流、環流與橋臂電容電壓控制要求的橋臂輸出電平；混合型模塊化多電平換流器拓撲結構各相的模塊投入數目為N時，評估2N+1種電平組合的上層控制指標函數G₁值的大小，選取上層控制指標函數G₁值最小時的橋臂輸出電平，并記錄對應的上、下橋臂模塊投入數目n_pj^*與n_nj^*；