[发明专利]基于桥臂电流控制的MMC有限集合模型预测控制方法及系统

权利要求书

1.基于桥臂电流控制的MMC有限集合模型预测控制系统，其特征在于包括采样模块、锁相环模块、坐标变换模块、功率计算模块、直流母线电压和无功功率控制模块、桥臂电流参考值计算模块、桥臂电流预测与目标函数计算模块、目标函数比较与控制指令输出模块；

所述采样模块中，包括：

电压采样模块，对MMC换流器交流电网侧三相电压U_sabc，直流母线电压U_dc，三相上、下桥臂子模块电压U_pabc(i)和U_nabc(i)进行采样，其中，i＝1～N，N为上桥臂子模块数量以及下桥臂子模块数量；

电流采样模块，对电网侧三相电流I_sabc，换流变压器阀侧三相电流I_vabc，MMC上、下桥臂电流I_pabc和I_nabc进行采样；

所述锁相环模块，用于检测交流电网电压相位θ_v；

所述坐标变换模块中，包括：

Clark变换模块，对MMC交流电网侧三相电压U_sabc、阀侧三相电流I_vabc、上、下桥臂电流I_pabc和I_nabc进行Clark变换，得到α-β坐标系下对应的电压矢量U_sαβ、电流矢量I_vαβ、上、下桥臂电流矢量I_pαβ和I_nαβ；

Park反变换模块，将电网电压控制器输出的电流参考值I_vdqref从同步旋转d-q坐标系变换到静止α-β坐标系中，得到静止坐标系中的电流参考值I_vαβref，Park反变换采用的角度为交流电网电压相位θ_v；

所述功率计算模块，根据交流电网侧三相电压U_sabc，电网侧三相电流I_sabc计算得到交流侧功率P_s和Q_s；

所述直流母线电压和无功功率控制模块，采用PI控制器对直流母线电压U_dc及无功功率Q_s进行控制，分别使其跟随给定的参考值U_dcref及Q_sref，两个PI控制器的输出分别作为d、q轴电流的参考值I_vdqref；其中，参考值U_dcref为系统的额定直流母线电压，参考值Q_sref根据系统指令给定，单位功率因数运行时给定为0，也可以根据电网的无功需求对电网进行对应的无功补偿；

所述桥臂电流参考值计算模块，根据交流侧功率P_s，直流母线电压U_dc，输出静止坐标系中的电流参考值I_vαβref计算得到上、下桥臂电流参考值I_pαβref和I_nαβref，具体计算方法如下：

其中，I_pαref和I_pβref分别为上桥臂电流参考值I_pαβref的α轴，β轴分量，I_nαref和I_nβref分别为下桥臂电流参考值I_nαβref的α轴，β轴分量，I_vαref和I_vβref分别为静止坐标系中的电流参考值I_vαβref的α轴，β轴分量；

所述桥臂电流预测与目标函数计算模块，包括：

桥臂电流预测模块，根据本采样周期得到的α-β坐标系下对应的电压矢量U_sαβ，上、下桥臂电流I_pαβ和I_nαβ，分别计算在本采样周期上、下桥臂采用不同子模块投入方法时，下一个采样周期的上、下桥臂电流I_pαβ(next)和I_nαβ(next)，其中，本采样周期共有N+1种子模块投入方法，共需要计算N+1次I_pαβ(next)和I_nαβ(next)，得到I_pαβ(next)(m)和I_nαβ(next)(m),(m＝1,2,...N+1)；

目标函数计算模块，根据上、下桥臂电流预测值I_pαβ(next)(m)、I_nαβ(next)(m)，及其参考值I_pαβref、I_nαβref计算目标函数J_m,(m＝1,2,...N+1)；

所述目标函数比较与控制指令输出模块，比较采用N+1种子模块投入方法的最终目标函数J_m(m＝1,2,...N+1)，选择其中目标函数最小的子模块投入方法作为本采样周期的控制指令，实现对MMC换流器的控制。