[发明专利]一种模块化多电平变换器的优化控制集模型预测控制方法

说明书

本发明涉及一种模块化多电平变换器的优化控制集模型预测控制方法，包括：基于模块化多电平变换器的子模块在电压理想状态下的插入个数寻优和电压波动范围，确定子模块插入个数范围的优化控制集，所述子模块包括上桥臂子模块和下桥臂子模块；在优化控制集范围内，通过模型预测控制方法进行寻优，确定子模块的最优插入个数；根据最优插入个数，实现模块化多电平变换器的桥臂电压平衡并生成PWM开关信号，实现模块化多电平变换器的模型预测控制。与现有技术相比，本发明具有寻优次数少、计算量小以及静态和动态控制性能优等优点。

技术领域

本发明涉及模块化多电平变流器控制领域，尤其是涉及一种模块化多电平变换器的优化控制集模型预测控制方法。

背景技术

模块化多电平变流器是一种具有模块化结构、易级联、输出电压电流谐波小等特性的变换器。由于其在损耗、冗余性、开关频率等方面的优势，被广泛应用于高压直流输电、柔性输电、风力发电场并网、中高压电力拖动等高压、大功率工程现场。

由于模块化多电平变流器桥臂并联在直流母线两端，子模块电容处于悬浮状态，子模块电容电压的波动使得桥臂接入子模块电压之和难以与直流母线电压始终保持一致，从而导致相间环流产生。模块化多电平变流器桥臂环流交流分量的产生，将加剧子模块电容电压波动，提高了对开关器件耐压和容量的要求，增加系统损耗，甚至影响模块化多电平变流器正常工作。因此，桥臂内部环流的抑制对模块化多电平变流器的可靠运行是至关重要的。现有文献多采用设计PI、PR或矢量解耦控制方法实现对模块化多电平变流器的环流抑制，但由于开关组合数多，非线性强，使得传统控制器稳定裕度降低，动态性能变差，限制了工程应用推广。

模型预测控制因其直观、灵活、鲁棒性强、适用于非线性、多控制目标对象的特点而在模块化多电平变流器成功应用并得到广泛关注，现有的模型预测控制往往是先对所有上、下桥臂可能插入子模块个数进行全局寻优计算，再根据确定的上、下桥臂插入子模块个数实现模块化多电平变换器的桥臂电压平衡并生成PWM开关信号，从而实现模块化多电平变换器的模型预测控制，这种方法由于需要对插入子模块个数进行全局层面上的寻优，因此计算量大而且计算复杂，从而导致工程实用性不强。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种模块化多电平变换器的优化控制集模型预测控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种模块化多电平变换器的优化控制集模型预测控制方法，所述方法包括：

1)基于模块化多电平变换器的子模块在电压理想状态下的插入个数寻优和电压波动范围，确定子模块插入个数范围的优化控制集，所述子模块包括上桥臂子模块和下桥臂子模块；

2)在步骤1)中确定的优化控制集范围内，通过模型预测控制方法进行寻优，确定子模块的最优插入个数；

3)根据步骤2)确定的最优插入个数，实现模块化多电平变换器的桥臂电压平衡并生成PWM开关信号，实现模块化多电平变换器的模型预测控制。

优选地，所述步骤1)包括：

11)在电压理想状态下，进行初步预测寻优，确定上桥臂子模块和下桥臂子模块的理想最优插入个数；

12)基于上桥臂子模块和下桥臂子模块引起的电压波动，修正步骤11)中得到的理想最优插入个数，得到上桥臂子模块和下桥臂子模块插入个数的优化控制集。

优选地，所述初步预测寻优的目标函数为：

其中，G为初步预测寻优的目标函数，k为寻优时刻，i为模块化多电平变换器交流侧的电流预测值，i^ref为模块化多电平变换器交流侧的电流参考值，j为电流对应的相数。

优选地，所述理想最优插入个数为：