[发明专利]海上风电柔直变流器并网电流追踪及环流预测控制方法

说明书

本公开提供了一种海上风电柔直变流器并网电流追踪及环流预测控制方法，其中，所述变流器采用包括三相上桥臂和三相下桥臂的模块化多电平变流器结构，所述每相上桥臂和每相下桥臂通过桥臂电感连接，包括以下步骤：获取变流器每相的直流侧和交流侧的等效模型；根据获取的等效模型和预设的变流器每相预测代价函数，得到并网电流追踪和环流抑制综合性能最优的控制方案；其中，所述变流器每相预测代价函数以最小交互误差为目标，利用公平排序算法对并网电流追踪和环流抑制求解得到。本公开结合公平排序算法和预测控制理论，实现了不同工况下并网电流快速追踪与环流的有效抑制，减小了计算负担。

技术领域

本公开属于电力变流器技术领域，具体涉及一种海上风电柔直变流器并网电流追踪及环流预测控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

并网电流追踪与环流抑制是模块化多电平变流器的两个基本控制目标。并网电流追踪一方面要求变流器的并网电流快速追踪电流参考，以实现电网功率平衡；另一方面要求并网电流稳态时波形畸变小，以保证用户的电能质量。环流抑制要求变流器相间的循环电流小，以减小开关的电流应力，提升装备的可靠性。

为实现上述两个控制目标，目前工程上常使用多线性控制器层层嵌套的控制方案。但是，此类方案因每层控制器的控制带宽有限，层层嵌套的方式极大降低了系统动态性能。与传统方案相比，预测控制通过代价函数可灵活包含多种用户定制化目标，且易于设计非线性约束，动态响应快，是近年来备受关注的多目标非线性控制方法。

然而，传统有限集模型预测方法计算复杂度与开关数及系统结构复杂度相关。柔直用模块化多电平变流器结构及其复杂，每一个桥臂中串联子模块数(半桥式每个子模块内包含两个开关，全桥式每个子模块内包含四个开关)多达几百。因此，传统有限集模型预测方法计算负担极大，难以应用。为降低计算负担，现有如下所示的两类改进方案：

方案1：采用无差拍控制。依据系统模型，直接反解最优输出电压，并将最优输出电压作为调制波输入调制器，生成开关控制信号；该方法无需遍历所有可行开关状态，计算复杂度较小，且与开关数无关。但是，这种方法对系统模型极为敏感，参数的鲁棒性较差，难以

方案2：采用级联结构的预测控制方法。依据网侧预测模型及其包含一些必要的非线性约束，进而无法保证系统安全、稳定运行；代价函数，针对每一相选择使网侧电流代价函数最小的上、下桥臂子模块数；对前序步骤所筛选出的上、下桥臂子模块数同时加1或者减1，并依据环流预测模型及其代价函数，选择使环流代价函数最小的上、下桥臂子模块数作为最优投入子模块数；该方法通过对控制目标的分离，简化了系统结构，降低计算负担。但是，这种方法的控制优先级固定，工况适应性较差，一般情况下网侧电流具有更高的优先级，环流的控制优先级低，进而限制了系统环流抑制能力；通过遍历可行开关状态，选择使代价函数最小的投入子模块数，计算复杂度与子模块总数成正比，不适用与子模块极多的柔直用变流器。此外，该方法最终选择的投入子模块总数的奇偶性固定，可输出的电平数较少，限制了并网电流控制性能。

因此，针对模块化多电平变流器，亟需进行并网电流追踪与环流抑制的相关研究。

发明内容

为了解决上述问题，本公开提出了一种海上风电柔直变流器并网电流追踪及环流预测控制方法，结合公平排序算法和预测控制理论，实现了不同工况下并网电流快速追踪与环流的有效抑制，减小了计算负担。

根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种海上风电柔直变流器并网电流追踪及环流预测控制方法，采用如下技术方案：

一种海上风电柔直变流器并网电流追踪及环流预测控制方法，包括以下步骤：

获取变流器每相的直流侧和交流侧的等效模型；

根据获取的等效模型和预设的变流器每相预测代价函数，得到并网电流追踪和环流抑制综合性能最优的控制方案；