一种基于虚拟电压矢量的MMC调制型模型预测控制方法技术

本发明专利技术属于直流输电的技术领域，公开了一种基于虚拟电压矢量的MMC调制型模型预测控制方法，以交流侧逆变电流追踪误差与相间环流抑制为控制目标，通过引入多个虚拟电平，利用个数较少的虚拟电压矢量代替个数较多的实际电压矢量进行滚动优化，确定最优虚拟电压矢量组合并计算其占空比，再通过虚拟电压矢量和实际电压矢量的空间关系，得到最优实际电压矢量组合与其占空比，然后计算环流抑制所需的环流动作与其占空比，最后利用电容电压平衡方法和调制策略生成被控MMC中各个子模块的控制信号，使被控MMC在每个控制周期内都能够输出三个控制电平，从而在每个控制周期内被控MMC输出的实际电流更加逼近对应的目标电流。实际电流更加逼近对应的目标电流。实际电流更加逼近对应的目标电流。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟电压矢量的MMC调制型模型预测控制方法


[0001]本专利技术属于直流输电的
，具体涉及一种基于虚拟电压矢量的MMC调制型模型预测控制方法。

技术介绍

[0002]由于我国的电力能源分布不均，往往需要远距离输电，基于模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的柔性直流输电工程就应运而生，并已经开始逐步推广。
[0003]模块化多电平变流器由于其良好的可扩展性，高度模块化，对直流短路故障的包容性，在长距离新能源发电工程中被广泛应用，其主要控制目标为交流侧电流跟踪、环流抑制和子模块电容电压的均衡控制。目前MMC传统的控制策略需要结合针对交流侧电流、环流抑制以及子模块电容电压平衡的线性控制器，这导致控制系统设计复杂且过多的线性控制器增大了系统控制参数整定和稳定性分析的难度。其中，环流抑制一般采用基于二倍频负序坐标变换的环流抑制器，该控制器增大了系统运算复杂度且仅适用于三相系统无法灵活运用于单相系统。
[0004]模型预测控制(Model Predictive Control本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟电压矢量的MMC调制型模型预测控制方法，其特征在于：以交流侧逆变电流追踪误差与相间环流抑制为控制目标，通过引入多个虚拟电平，利用个数较少的虚拟电压矢量代替个数较多的实际电压矢量进行滚动优化，确定最优虚拟电压矢量组合并计算其占空比，再通过虚拟电压矢量和实际电压矢量的空间关系，得到最优实际电压矢量组合与其占空比，然后计算环流抑制所需的环流动作与其占空比，最后利用电容电压平衡方法和调制策略生成被控MMC中各个子模块的控制信号，使被控MMC在每个控制周期内都能够输出三个控制电平，从而在每个控制周期内被控MMC输出的实际电流更加逼近对应的目标电流。2.根据权利要求1所述的基于虚拟电压矢量的MMC调制型模型预测控制方法，其特征在于：构建交流侧预测电流评估函数以及环流预测模型，依据交流侧预测电流评估函数，对多个虚拟电平进行滚动优化，确定最优虚拟电压矢量组合并计算其占空比Dv，再通过虚拟电压矢量和实际电压矢量的空间关系，得到最优实际电压矢量组合与其占空比Da；然后，依据环流预测模型，计算投入或切除子模块对应的环流预测值与其占空比Dz；最后，利用环流控制的占空比Dz与交流侧预测电流控制的占空比Da并结合电容电压平衡方法得到被控MMC中每个子模块的调制信号，利用调制策略通过调制器得到半导体开关器件的信号。3.根据权利要求2所述的基于虚拟电压矢量的MMC调制型模型预测控制方法，其特征在于：根据二端口网络等效原理，将MMC中每相结构等效成由上、下两个半导体开关所构成的三电平变换器，引入四个虚拟电平，分别如下：1)虚拟电平VI：上桥臂的所有子模块都为投入状态，下桥臂的所有子模块都为切除状态，此时等效的交流测中点输出电压为：
‑
u
p
；2)虚拟电平VII：上桥臂的所有子模块都为切除状态，下桥臂的所有子模块都为投入状态，此时等效的交流测中点输出电压为：u
n
；3)虚拟电平VIII：上桥臂的所有子模块都为投入状态，下桥臂的所有子模块都为投入状态，此时等效的交流测中点输出电压为：u
n
‑
u
p
；4)虚拟电平VIV：上桥臂的所有子模块都为切除状态，下桥臂的所有子模块都为切除状态，此时等效的交流测中点输出电压为：0；假设MMC每相桥臂中各子模块的电容电压近似相等即上、下桥臂电压近似相等，则虚拟电平VIII和虚拟电平VIV的等效交流侧中点输出电压都为零，从而将一维虚拟电压空间分为两个分区，分别为虚拟空间电压区域1，由虚拟电平VI和虚拟电平VIII构成；以及虚拟空间电压区域2，由虚拟电平VII和虚拟电平VIII构成。4.根据权利要求3所述的基于虚拟电压矢量的MMC调制型模型预测控制方法，其特征在于：将虚拟电平VI、虚拟电平VII代入交流侧电流评估函数进行滚动优化，取评估函数最小的虚拟电平为最优虚拟电压，进而确定虚拟空间电压分区，得到最优虚拟电压矢量组合并计算其占空比Dv。5.根据权利要求4所述的基于虚拟电压矢量的MMC调制型模型预测控制方法，其特征在于：利用如下方程式，计算最优虚拟电压矢量组合对应的占空比Dv，
式中，为k+1时刻最优虚拟电压矢量V
vo1
作用下的交流侧输出电流，为k+1时刻虚拟电压矢量V
vo2
即虚拟电压矢量VIII作用下的交流侧输出电流，为k+1时刻的参考电流。6.根据权利要求3所述的基于虚拟电压矢量的MMC调制型模型预测控制方法，其特征在于：记N为每个桥臂子模块的个数，则每相子模块的个数为2N，交流侧中点输出电压为2N+1个电平，假设MMC每相桥臂中各子模块的电容电压近似相等即上、下桥臂电压近似相等且近似为参考值E＝V
dc
/N，考虑母线电压平衡，每相在每个开关周期投入子模块个数需恒为N，则被控MMC可输出电平为N+1个即为U
a(N+1)
＝
‑
(N/2)E，U
a(N)
＝
‑
(N/2
‑
1)E，
…
，0，
…
，U
a2
＝(N/2
‑
1)E，U
a1
＝(N/2)E，从而形成N个实际空间电压区域，记为实际空间电压区域1、2、3
…
N，其中虚拟空间电压区域1覆盖实际空间电压区域1至(N/2)，虚拟空间电压区域2覆盖实际空间电压区域(N/2+1)至N，其中交流侧中点输出电压与上、下桥臂子模块投入个数关系如下表所示，交流侧中点输出电压(V)下桥臂投入子模块个数N
l
上桥臂投入子模块个数N
u
(N/2)EN0(N/2+1)EN
‑
11
………‑
(N/2
‑
1)E1N
‑1‑
(N/2)E0N7.根据权利要求6所述的基于虚拟电压矢量的MMC调制型模型预测控制方法，其特征在于：利用如下方程式，计算最优实际电压区域Sh＝round((D
v
*V
vo1
+(1
‑
D
v
)V
vo2
)/(V
dc
/N))其中，round()为向下取整函数；根据最优实际电压区域S，以其区域端点电压作为最优实际电压矢量，确定最优实际电压矢量组合，其中较大的最优实际电压矢量记为V
ao1
，其在控制周期T
s
内的作用时间记为t
1,x
；较小的最优实际电压矢量为V
ao2
，其在控制周期T
s
内的作用时间记为t
2,x
，则最优实际电压区域组合对应的占空比式中，为三相中任一相即x相在V
ao1
作用下的交流侧预测电流的导数，为三相中任一相即x相在V
ao2
作用下的交流侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩金刚，赵品轩，丁肇举，陈昊，王天真，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：