[发明专利]模块化多电平变换器能量分配故障容错控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种模块化多电平变换器能量分配故障容错控制方法及系统，采用能量分层预测控制，包括交流侧电流控制，环流控制以及子模块电容电压平衡控制，包括进行交流侧电流控制，得到上下桥臂子模块数最优组合(Nsubgt;px_J1/subgt;，Nsubgt;nx_J1/subgt;)，使交流侧电流代价函数Jsubgt;1/subgt;最小；进行环流控制，在交流侧电流控制的基础上，上下桥臂子模块数可调整为(Nsubgt;px_J1/subgt;+ΔN,Nsubgt;nx_J1/subgt;+ΔN)，ΔN∈(‑1,0,1)，从ΔN三种组合中选取最优组合使得桥臂环流代价函数Jsubgt;2/subgt;最小，此时上下桥臂子模块数最优组合(Nsubgt;px_opt/subgt;,Nsubgt;nx_opt/subgt;)；进行子模块电容电压平衡控制，将获得的上下桥臂最优投入子模块数Nsubgt;px_opt/subgt;和Nsubgt;nx_opt/subgt;进一步分配至子模块。本发明既避免了传统的多个控制环参数的复杂设计，又无需设置各变量之间的权重，使得换流器的控制得以简化。

技术领域

本发明涉及中间包感应加热、铁路牵引供电以及高压直流输电的控制技术领域，尤其涉及一种模块化多电平变换器能量分配故障容错控制方法及系统。

背景技术

随着电压等级及容量的提高，MMC子模块的数目不断增加，增大了MMC发生故障的概率，为了保障MMC运行的可靠性，冗余子模块通常被配置在各个桥臂。故障发生后，基于能量平衡控制的策略将对子模块的电压平衡产生影响，导致子模块的电压应力不均，而子模块电压恒定模式下，无论是否存在故障，子模块电压将维持不变，故障前后电压应力不变，具有较好的一致性。但是，由于故障导致的各桥臂之间正常工作的子模块个数不同，能量平衡控制以及各桥臂间的电气参数差异，都将会对子模块的电压有影响，因此，需要对桥臂的能量进行控制。

有学者提出了三层能量平衡控制策略，实现模块化多电平换流器(MMC)的AC-AC子模块电压平衡控制；也有学者通过提高故障臂子模块的参考电压，减小非故障臂的电压来获得桥臂间的能量平衡，并引入了桥臂能量再平衡的概念。然而，上述的能量平衡控制会带来子模块电容电压的偏差。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种模块化多电平变换器能量分配故障容错控制方法及系统，通过简化分层模型预测控制过程中控制器参数的设计，实现故障情况下子模块电容电压平衡控制。

为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种模块化多电平变换器能量分配故障容错控制方法，采用能量分层预测控制方法，包括交流侧电流控制，环流控制以及子模块电容电压平衡控制，具体步骤如下：

(1)进行交流侧电流控制，得到上、下桥臂子模块数最优组合(N_{px_J1}，N_{nx_J1})，使得交流侧电流代价函数J₁最小；

(2)进行环流控制，在步骤(1)的基础上，上、下桥臂子模块数可调整为(N_{px_J1}+ΔN,N_{nx_J1}+ΔN)，ΔN∈(-1,0,1)；从上述ΔN的三种组合中选取最优组合使得桥臂环流代价函数J₂最小，此时，上、下桥臂子模块数最优组合(N_{px_opt},N_{nx_opt})；

(3)进行子模块电容电压平衡控制，将步骤(2)获得的上、下桥臂最优投入子模块数 N_{px_opt}和N_{nx_opt}，进一步分配至子模块。

进一步地，所述步骤(1)中，任意时刻上、下桥臂投入子模块个数之和保持N不变，上、下桥臂投入子模块个数的组合可能为：

(N_px(k),N_nx(k))∈((0,N),(1,N-1),…,(N-1,1),(N,0))