[發(fā)明專利]基于橋臂電流控制的MMC有限集合模型預測控制方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112600452B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設計）人: 王霄鶴;周才全;傅春翔;施朝暉;謝瑞;楊文斌;馬潤澤;徐鷗洋;徐晗
• 申請（專利權）人: 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M1/088;H02J3/18
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

本發(fā)明公開了一種基于橋臂電流控制的MMC有限集合模型預測控制方法和系統(tǒng)。這種方法建立MMC上、下橋臂電流的預測模型，并構建對應的目標函數(shù)，通過目標函數(shù)來選擇最優(yōu)子模塊投入方式。本發(fā)明利用橋臂電流控制取代了傳統(tǒng)模型預測控制策略中的輸出電流與內部環(huán)流兩個控制環(huán)節(jié)，從而簡化了目標函數(shù)的計算過程；另外，與已有基于橋臂電流的控制策略相比，本發(fā)明采用有限集合模型預測控制方法，無需參考電壓計算模塊與調制模塊，在兩相靜止α?β坐標系下實現(xiàn)了有效控制，簡化了控制系統(tǒng)的復雜程度。本發(fā)明中提出的基于橋臂電流控制的MMC有限集合模型預測控制方法結構簡單，性能優(yōu)越，具有較強的工程實用價值。

技術領域

本發(fā)明屬于電力電子技術領域，具體涉及一種基于橋臂電流控制的MMC有限集合模型預測控制方法。

背景技術

基于模塊化多電平換流器(Modular multilevel converter,MMC)拓撲的柔性直流輸電技術采用子模塊級聯(lián)的方式取代了開關器件的直接串聯(lián)，具有制造難度低，開關損耗低，波形質量高等優(yōu)點，在大規(guī)?？稍偕茉吹膮R集和輸送過程中有十分良好的應用前景。

模型預測控制作為一種先進的控制理論，近年來在電力電子領域得到了廣泛關注，將有限集合模型預測控制策略應用于MMC中成為了柔性直流輸電領域的研究方向之一。已有研究提出了一種基于子模塊投入方式遍歷法的MMC有限集合模型預測控制策略，其控制思想較為簡單，通過比較本采樣周期中所有子模塊投入方式下的目標函數(shù)來確定最優(yōu)的子模塊投入方式，從而實現(xiàn)對MMC的控制。然而，對于大功率柔性直流輸電系統(tǒng)來說，子模塊數(shù)量較多，采用這種遍歷方法的計算量太大，難以在工程實際中進行應用。有學者在此基礎上提出了一種改進的MMC有限集合模型預測控制策略，將上、下橋臂不同子模塊的投入優(yōu)先度根據(jù)子模塊電容電壓進行排序，當確定了需要投入的子模塊數(shù)目時，其具體的子模塊投入方法也可以確定為一種，因此只需要比較上、下橋臂采用不同子模塊投入數(shù)目時的目標函數(shù)即可。這種方法優(yōu)化了MMC有限集合模型預測控制策略的計算效率，然而，這種方法需要分別構造輸出電流、內部環(huán)流和橋臂能量的目標函數(shù)，并選取合適的權重因子，得到最終的目標函數(shù)，其控制結構及權重因子的選擇方法仍然比較復雜。此外，這種方法在三相坐標系中實現(xiàn)對于系統(tǒng)的控制，控制過程中的計算量仍然較大。

發(fā)明內容

為了克服上述現(xiàn)有技術中控制結構及權重因子的選擇方法比較復雜的不足，本發(fā)明提供了一種基于橋臂電流控制的MMC有限集合模型預測控制方法，所述方法建立MMC上、下橋臂電流的預測模型，并構建對應的目標函數(shù)，通過目標函數(shù)來選擇最優(yōu)子模塊投入方式，簡化了控制系統(tǒng)的復雜程度；所述方法利用橋臂電流控制取代了傳統(tǒng)模型預測控制方法中的輸出電流與內部環(huán)流兩個控制環(huán)節(jié)，簡化了目標函數(shù)的計算過程；與已有基于橋臂電流的控制策略相比，本方法無需參考電壓計算模塊與調制模塊，在兩相靜止α-β坐標系下實現(xiàn)了有效控制，控制結構簡單，動態(tài)響應速度與控制精度滿足實際工程需要。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還進一步采取如下技術方案：

一種基于橋臂電流控制的MMC有限集合模型預測控制系統(tǒng)，其特征在于：包括采樣模塊、鎖相環(huán)模塊、坐標變換模塊、功率計算模塊、直流母線電壓和無功功率控制模塊、橋臂電流參考值計算模塊、橋臂電流預測與目標函數(shù)計算模塊、目標函數(shù)比較與控制指令輸出模塊；

所述采樣模塊中，包括：

電壓采樣模塊，對MMC換流器交流電網側三相電壓U_sabc，直流母線電壓U_dc，三相上、下橋臂子模塊電壓U_pabc(i)和U_nabc(i)(i＝1～N)進行采樣；

電流采樣模塊，對電網側三相電流I_sabc，換流變壓器閥側三相電流I_vabc，MMC上、下橋臂電流I_pabc和I_nabc進行采樣；

所述鎖相環(huán)模塊，用于檢測電網電壓的相位θ_v；