[发明专利]基于模型预测控制的模块化多电平换流器通用控制方法

说明书

本发明提供一种基于模型预测控制的模块化多电平换流器通用控制方法，涉及柔性直流输电技术领域。本方法为：步骤1：根据当前周期的三相下桥臂输出电压以及约束条件得到下一周期的三相下桥臂输出电压的模型预测控制集W；步骤2：计算控制集W中每一种输出电压的电流成本函数，得到电流成本集合G；步骤3：选择出集合G中电流成本最小的三种电压输出方式；步骤4：计算不同投切方案的电容电压成本函数和开关成本函数；步骤5：计算每种子模块投切方案总成本函数，保留最小总成本对应的子模块投切方案，生成开关信号控制模块化多电平换流器各子模块投切。本方法通过减少控制集的大小减少了寻优计算量，并且减少电容电压波动，降低了开关频率。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，尤其涉及一种基于模型预测控制的模块化多电平换流器通用控制方法。

背景技术

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)由于具有不存在换相失败、可以独立调节有功和无功功率、便于模块化配置、谐波水平低和可以向无源系统供电等特点，在高压直流输电领域得到了广泛应用。但是如何用更简捷快速的方法在控制输出电流的同时平衡电容电压成为各类控制方法的难点。

模型预测控制的特点是动态响应快，鲁棒性强并且可以不经线性化实现多目标的控制，是一种非线性的优化控制方法。随着微处理器的发展和应用，模型预测控制逐渐地被应用到电力电子系统中，主要是基于有限控制集的模型预测控制，通过构建多目标优化函数，对变换器有限开关状态组合进行预测，并且对每一种预测的系统状态进行评估，选择多目标优化函数结果最小的开关状态组合作为下一周期的控制方案。但是模型预测控制每个控制周期里需要对系统所有可能的未来状态进行评估，所以控制过程的寻优计算量很大，并且开关频率偏高。并且在系统开关组合较多、约束条件较多的情况下，计算量更是会成倍上升。所以如何减少模型预测控制计算量、加快优化速度是目前研究的热点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于模型预测控制的模块化多电平换流器通用控制方法，本方法通过减少控制集的大小减少了寻优计算量，并且减少电容电压波动，降低了开关频率。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

本发明提供一种基于模型预测控制的模块化多电平换流器通用控制方法，包括以下步骤：

步骤1：根据模块化多电平换流器在当前周期k的三相下桥臂输出电压以及三相下桥臂输出电压的约束条件得到下一周期k+1的三相下桥臂输出电压的模型预测控制集W＝{w¹、w²、…、w^ρ}，其中w^ρ为k+1周期MMC的三相下桥臂输出电压的第ρ种组合情况，具体方法如下：

步骤1.1：根据k周期三相下桥臂输出电压得到k+1周期三相下桥臂输出电压的初始模型预测控制集其中为k+1周期MMC三相下桥臂输出电压U_la(k+1)、U_lb(k+1)、U_lc(k+1)的第种组合情况，为周期之间电平最大跳变数；

步骤1.2：根据模块化多电平换流器的特性以及三相下桥臂输出电压的约束条件去除模型预测控制集中不符合约束的下桥臂输出电压值，得到下一周期的三相下桥臂输出电压的模型预测控制集W＝{w¹、w²、…、w^ρ}；

三相下桥臂输出电压的约束条件为：

其中，N为MMC桥臂子模块总数，为子模块电容额定电压；；

并且三相输出电压U_a,U_b,U_c满足：