[發明專利]一種基于模型控制預測的MMC橋臂電流控制方法及系統

有效

• 申請號: 201910404000.0
• 申請日: 2019-05-16
• 公開（公告）號: CN110149066B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 尹項根;王禎;陳衛;賴錦木;戚振宇
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明公開了一種基于模型預測控制的MMC橋臂電流控制方法及系統，方法包括建立MMC上、下橋臂的數學模型，對MMC上、下橋臂的數學模型進行差分離散化得到上、下橋臂電流的開環預測模型，引入反饋校正項，得到上、下橋臂電流的閉環預測模型，設計性能函數，求解k采樣時刻上、下橋臂電壓最優控制增量，得到k采樣時刻上、下橋臂電壓的指令值，將指令值輸入調制單元中實現橋臂電流的直接控制。系統包括各模型構建模塊和模型預測控制模塊。本發明提供的基于模型預測控制的MMC橋臂電流控制方法在跟蹤橋臂電流指令值時，無須分頻設計控制器，減少了控制器的數量，控制結構簡單，動態響應快，控制精度高。

技術領域

本發明屬于電力系統輸配電領域，更具體地，涉及一種基于模型控制預測的MMC橋臂電流控制方法及系統。

背景技術

MMC(Modular Multilevel Converter，模塊化多電平換流器)采用模塊化設計，通過調整子模塊的串聯個數可以實現電壓及功率等級的靈活變化，并且可以擴展到任意電平輸出，諧波特性好，因此在網側不需要大容量交流濾波器；開關器件的開關頻率低，開關損耗也相應減少；并且由于MMC拓撲將能量分散存儲在橋臂的各個子模塊電容中，提高了故障穿越能力。基于MMC的這些特點，其工程應用范圍廣闊，包括柔性直流輸電、中高壓電力傳動(中高壓變頻調速、電力機車牽引傳動)、電能質量治理(統一潮流控制器、靜止無功補償器)、高壓直流功率變換等領域。

MMC的控制結構一般包括兩部分：交流側控制器和環流抑制器，分別實現交流側電流控制和環流的抑制。MMC的橋臂電流包含了直流分量、交流側電流和環流等所有的電流信息，通過控制橋臂電流可同時實現交流側電流控制和環流抑制。但受限于控制器帶寬，現有的橋臂電流直接控制方法一般需要PI控制器及PR控制器等多個控制器并聯，完成對橋臂電流中不同頻率電流指令值的跟蹤，控制結構復雜，控制器數量較多，需設計的控制參數較多。

模型預測控制作為一種過程最優控制，包括預測模型、滾動優化和反饋校正等三個要素。預測模型根據被控對象的歷史信息和未來輸入，預測系統的未來響應，其中，差分方程為典型的預測模型形式；滾動優化指每一采樣時刻，求解該時刻令性能指標最優化的有限時間段最優控制率，且只應用于當前時刻的控制，在下一采樣時刻又重新求取最優控制率，使得控制系統具有較好的動態控制效果；反饋校正則指在每個采樣時刻，都要依據實際測到的輸出信息對基于模型的預測輸出進行修正，使滾動優化不但基于模型，而且利用反饋信息，構成閉環優化，有利于提高控制系統的魯棒性。

發明內容

針對現有技術的缺陷，基于模型預測控制原理，本發明的目的在于提供一種基于模型預測控制的MMC橋臂電流控制方法及系統，旨在解決現有MMC橋臂電流控制策略動態響應慢的問題。

為實現上述目的，按照本發明的一方面，提供了一種基于模型預測控制的MMC橋臂電流控制方法，包括：

預先對MMC并網點電壓u_oj、直流側母線電壓U_dc、MMC各子模塊電容電壓u_{dc_pjx}、u_{dc_njx}和MMC橋臂電流i_pj、i_nj進行采樣，其中，j＝a，b，c，p和n分別表示上下橋臂，x＝1，2，……N，N為一個橋臂中子模塊的個數；建立MMC上、下橋臂的數學模型如下式：

其中，u_pj、u_nj為上、下橋臂電壓，p和n分別表示上橋臂和下橋臂，j＝a，b，c；L_f為橋臂電抗，R_f為橋臂等效電阻，i_pj、i_nj為上、下橋臂電流，u_oj為并網點電壓，U_dc為直流側母線電壓。

步驟1、對MMC上、下橋臂的數學模型進行差分離散化，得到上、下橋臂電流的開環預測模型：