CN107147315A - 一种基于多步模型预测控制的mmc环流控制方法 - Google Patents

一种基于多步模型预测控制的mmc环流控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107147315A
CN107147315A CN201710461394.4A CN201710461394A CN107147315A CN 107147315 A CN107147315 A CN 107147315A CN 201710461394 A CN201710461394 A CN 201710461394A CN 107147315 A CN107147315 A CN 107147315A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mrow
msub
mfrac
msubsup
bridge arm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710461394.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107147315B (zh
Inventor
罗安
郭鹏
何志兴
徐千鸣
岳雨霏
王霞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan University
Original Assignee
Hunan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan University filed Critical Hunan University
Priority to CN201710461394.4A priority Critical patent/CN107147315B/zh
Publication of CN107147315A publication Critical patent/CN107147315A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107147315B publication Critical patent/CN107147315B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于多步模型预测控制的MMC环流控制方法，具体包括以下步骤：首先利用MMC交流输出电流进行无差拍控制，得到上、下桥臂参考投入模块数，然后结合环流电流离散状态方程进行单步环流预测，再选取满足单步预测效果的投入模块数进行多步环流预测，最终求解出桥臂投入模块数的优化解，实现环流电流的多步优化控制，从而有效地抑制环流中的谐波电流；具体包括：交流无差拍控制、环流单步预测和环流多步预测。本发明针对MMC环流谐波电流，采用基于多步模型预测控制方法，利用单步预测得到的优化解构建多步预测的有限控制集，可以大幅减少多步预测所需要的循环预测次数，有效地降低控制器的计算量。

Description

一种基于多步模型预测控制的MMC环流控制方法
技术领域
本发明专利涉及一种基于多步模型预测控制的MMC环流控制方法。
背景技术
模块化多电平换流器具有模块化设计、高效率、低谐波输出等优点，在高压直流输电(high voltage direct current，HVDC)、静止无功补偿以及电机驱动等领域都对其进行了广泛的研究。模块化多电平变换器结构的特殊性使得相间环流抑制与子模块电容电压稳定成为各类控制方法的难点。
模型预测控制作为一种先进的非线性控制优化方法，无需对控制参数进行整定，动态响应快，能够消除***本身带来的非线性影响，在处理非线性有约束多目标优化问题时具有很大优势。有限控制集的模型预测控制(finite control set MPC，FCS-MPC)方法是通过构建基于被控量的多目标优化函数，利用滚动优化选取一组使优化函数值最小的开关组合在下一控制周期作用于变换器。这种基于单步计算的模型预测控制由于每次选取的最优开关组合状态能保证被控量在接下来一个控制周期取得最优，而忽视了其他开关组合状态对未来多个周期可能的最优控制信息，增大了被控量陷入短期最优的可能性。一般多步预测控制能够一定程度避免被控量陷入短期最优，但同时存在加大每一个控制周期的运算量的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对模块化多电平变换器拓扑结构中存在的谐波环流问题，提出了一种基于多步模型预测控制的MMC(modular multilevel converter，MMC)环流控制方法，在实现最优控制的基础上，减少了多步预测给处理器所带来的额外计算复杂度，最终完成了谐波环流的有效控制。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于多步模型预测控制的MMC环流控制方法，首先利用环流电流离散状态方程进行单步环流预测，再选取满足单步预测效果的投入模块数进行多步环流预测，最终求解出桥臂投入模块数的优化解。
本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：
1)基于MMC的基本结构，根据KVL和KCL定理，建立方程，如下：
其中upj和unj分别为j(j＝a,b,c)相上、下桥臂的输出电压，ipj，inj，idiff和ij分别为j相上、下桥臂电流和j相的环流与输入电流，Larm、Ls、Rs分别表示桥臂电感、交流侧电感以及交流侧电阻，Udc表示直流侧电压，uc表示子模块电容电压，Csm表示子模块电容。化简上面两式后可得到变换器交流回路与环流回路的特性方程：
2)对交流侧电流进行无差拍控制后得到上、下桥臂的调制信号dpj、dnj：
考虑高压大功率场合，同一桥臂通常级联成百上千模块，采用最近电平调制得到上、下桥臂参考投入模块数
3)通过1)中公式可推导出tk+1时刻上、下桥臂子模块电容电压之和分别为：
考虑同一桥臂子模块之间的电压可通过排序算法进行平衡，因此忽略它们之间的差异可以得到tk+1时刻上、下桥臂等效输出电压：
依据环流回路特性方程，并利用前向欧拉公式对其离散化：
将桥臂等效输出电压带入其中有：
首先进行单步模型预测控制，定义性能优化函数其中直流环流指令然后在有限开关组合数中选取使得Fc能够取得最小以及次小的的两组开关组合数以及 将桥臂环流预测数学模型再向后推一个周期，得到：
再次进行多步模型预测控制，重新定义性能优化函数将上述两组开关组合以及分别带入Fco中，最终将使得Fco取得最小值对应的开关组合数作用于变换器，实现谐波环流的最优控制。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明提出了基于多步模型预测控制的MMC环流控制方法，能够实现桥臂环流的多步优化控制并有效地降低预测控制计算量。首先，利用环流电流离散状态方程进行单步环流预测，再选取满足单步预测效果的投入模块数进行多步环流预测，最终求解出桥臂投入模块数的优化解，实现环流电流的多步优化控制，从而有效地抑制环流中的谐波电流；所提多步预测控制利用单步预测得到的优化解构建多步预测的有限控制集，可以大幅减少多步预测所需要的循环预测次数，有效地降低控制器的计算量。该方法对于将多步模型预测控制应用于工程实践具有指导意义。
附图说明
图1是用于本发明的模块化多电平变换器结构图；
图2是本发明一实施例基于有限控制集的模型预测控制***框图；
图3是本发明一实施例所提多步模型预测控制算法原理图；
图4是本发明一实施例所提多步模型预测控制算法实施流程图；
图5是本发明一实施例将所提多步模型预测控制算法应用于MMC结构的控制框图。
具体实施方式
图1是用于本发明的模块化多电平变换器结构图。利用基尔霍夫电压定律(KVL)与基尔霍夫电流定律(KCL)建立电路方程：
其中upj和unj分别为j(j＝a,b,c)相上、下桥臂的输出电压，ipj，inj，idiffj和ij分别为j相上、下桥臂电流和j相的环流与输出交流电流，Larm、Ls、Rs分别表示桥臂电感、交流侧电感以及交流侧电阻，Udc表示直流侧电压，uc表示子模块电容电压，Csm表示子模块电容，每个桥臂模块数为N。结合(1)、(2)式可以得到：
针对公式(3)、(4)以及(5)，利用欧拉向前公式，依次进行离散化后得到：
其中ij(k)与idiffj(k)分别表示tk时刻输出交流与桥臂内部环流的采样值，而ij(k+1)与idiffj(k+1)则分别表示tk+1时刻输出交流及桥臂内部环流的预测值。式(8)中的uc(k+1)与uc(k)分别代表模块电容电压预测值与采样值，且当Sijw＝1时表示j相i桥臂第w个模块投入，Sijw＝0时表示j相i桥臂第w个模块旁路。
图2是本发明一实施例基于有限控制集的模型预测控制***框图。其基本原理是，首先分析与推导变换器数学模型，然后利用欧拉公式对关于受控变量的微分方程进行离散化处理，通过在线滚动优化，寻找变换器最优开关动作组合，使其在下一时刻处于最优的工作状态。
图3是本发明一实施例所提多步模型预测控制算法原理图。
该算法的具体实施步骤：
(1)根据tk时刻采样得到的***被控量x(k),利用离散的数学模型G(Si(k),x(k))对tk+1时刻的被控量的值进行预测得到xpre(k+1)，其中Si表示所有可能作用于变换器的开关状态，并将得到的xpre(k+1)代入优化函数Fc，并将使Fc取得最小与次小所对应的开关状态记为Sopt，Ssubopt。
(2)将(1)中得到的开关状态Sopt，Ssubopt分别带入G(Si(k),x(k))且将预测步长改为两个控制周期，得到被控量x在tk+2时刻预测值以及然后将两个预测值分别带入优化函数Fc，选择使Fc取得最小所对应的开关状态Sopt(或者Ssubopt)在tk时刻作用于变换器。
所提方法保留了常规多步预测的优点，能够保证被控量的多步最优控制效果。与传统多步预测控制的第一步预测类似，被控量在tk+1时刻预测均是建立在其tk时刻的采样值，不同之处在后续的多步预测。所提多步预测在tk+2时刻的预测值是建立在tk时刻采样值，预测步长为2Ts，而传统多步预测控制后续每一步预测值都是基于前一步的预测值，预测步长为Ts。如果预测时间较长，则在相同的滚动优化计算量条件下，前者相比后者的多步预测控制将具有更好的控制性能。
图4是本发明一实施例所提多步模型预测控制算法实施流程图。
利用(7)式得到MMC桥臂环流在tk+1、tk+2时刻环流预测表达式分别为：
对应的性能优化函数分别为：
通过式(9)与式(11)滚动优化计算在有限集合D范围内优化函数的值，并记录下使Fc取得最小所对应的桥臂投入模块数以及次小所对应的桥臂投入模块数将与 分别带入式(10)得到tk+2时刻环流预测值以及然后代入式(12)算出相对应的优化函数值若则将作为最优投入模块数作用于tk时刻；否则，将作为最优模块数最用于tk时刻。
图5是本发明一实施例将所提多步模型预测控制算法应用于MMC结构的控制框图。

Claims (3)

1.一种基于多步模型预测控制的MMC环流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)基于MMC的基本结构，根据KVL和KCL定理，建立如下方程：
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mfrac> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>-</mo> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>di</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <msub> <mi>R</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>s</mi> </msub> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>di</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mfrac> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>-</mo> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>di</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <msub> <mi>R</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>s</mi> </msub> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>di</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mn>2</mn> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </msub> <mn>2</mn> </mfrac> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mfrac> <msub> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </msub> <mn>2</mn> </mfrac> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
<mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>du</mi> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> </mfrac> </mrow>
其中upj和unj分别为MMC的j相上、下桥臂输出电压，j＝a,b,c；ipj，inj分别为j相上、下桥臂电流；idiffj和ij分别为j相的环流与输入电流，Larm、Ls、Rs分别表示桥臂电感、交流侧电感以及交流侧电阻；Udc表示直流侧电压，uc表示子模块电容电压，w＝1,2,3…N，N表示总的子模块数，Csm表示子模块电容；化简后得到MMC交流回路与环流回路的特性方程：
<mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>di</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <msub> <mi>L</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <msub> <mi>R</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>;</mo> </mrow>
<mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>di</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>;</mo> </mrow>
2)依据上述特性方程，对交流电流采用无差拍控制方法，得到上、下桥臂参考投入模块数将作为模型预测环流控制的初始控制量；
3)依据所述特性方程，对桥臂环流采取多步模型预测控制，选取满足单步预测环流控制效果的有限控制集进行多步预测环流控制，将得到的上、下桥臂参考投入模块数作用于变换器，最终实现谐波环流最优控制。
2.根据权利要求1所述的基于多步模型预测控制的MMC环流控制方法，步骤2)的具体实现过程包括以下步骤：
1)依据特性方程，对交流侧电流采用无差拍控制后得到上、下桥臂的调制信号dpj、dnj：
<mrow> <msub> <mi>d</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>{</mo> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msubsup> <mi>i</mi> <mi>j</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>+</mo> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>}</mo> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
<mrow> <msub> <mi>d</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>{</mo> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msubsup> <mi>i</mi> <mi>j</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>+</mo> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>}</mo> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
其中Leq＝(Larm+2Ls)/2，表示k+1时刻的电流指令值，ij(k)、usj(k)分别表示k时刻交流侧输出电流以及电网电压采样值；
2)利用下式得到上、下桥臂参考投入模块数
<mrow> <msubsup> <mi>M</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mrow> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>s</mi> <mi>t</mi> <mi>r</mi> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <mi>r</mi> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>n</mi> <mi>d</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>N</mi> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>d</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mi>r</mi> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>n</mi> <mi>d</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>N</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>{</mo> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msubsup> <mi>i</mi> <mi>j</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msubsup> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>+</mo> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>}</mo> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>)</mo> <mo>)</mo> <mo>;</mo> </mrow> 1
<mrow> <msubsup> <mi>M</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mrow> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>s</mi> <mi>t</mi> <mi>r</mi> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <mi>r</mi> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>n</mi> <mi>d</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>N</mi> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>d</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mi>r</mi> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>n</mi> <mi>d</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>N</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mo>(</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>{</mo> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msubsup> <mi>i</mi> <mi>j</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msubsup> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>+</mo> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>}</mo> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>)</mo> <mo>)</mo> <mo>;</mo> </mrow>
然后定义上、下桥臂参考投入模块数及其邻近的有限投入模块数 共同构成有限控制集合D，点集D中的任意一个元素代表着上、下桥臂投入模块数。
3.根据权利要求1所述的基于多步模型预测控制的MMC环流控制方法，步骤3)的具体实现过程包括以下步骤：
1)推导出tk+1时刻上、下桥臂子模块电容电压之和分别为：
<mrow> <msubsup> <mi>u</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mo>&amp;Sigma;</mo> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>M</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>u</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mo>&amp;Sigma;</mo> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
<mrow> <msubsup> <mi>u</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mo>&amp;Sigma;</mo> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>M</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>u</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mo>&amp;Sigma;</mo> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
其中Mpj、Mnj代表点集D中的任意元素，表示由闭环电流控制得到的上、下桥臂参考投入模块数，Ts表示采样周期，分别表示k时刻上、下桥臂子模块电容电压之和，分别表示k+1时刻上、下桥臂子模块电容电压预测值之和；
2)利用tk+1时刻上、下桥臂子模块电容电压之和，得到tk+1时刻上、下桥臂等效输出电压：
<mrow> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msub> <mi>M</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>u</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mo>&amp;Sigma;</mo> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
<mrow> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msub> <mi>M</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>u</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mo>&amp;Sigma;</mo> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
3)利用前向欧拉公式对特性方程离散化：
<mrow> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>+</mo> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
其中idiffj(k)、idiffj(k+1)分别表示k时刻环流采样值、k+1时刻环流预测值。
4)将桥臂等效输出电压代入上式得到最终的环流预测方程：
<mrow> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>M</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <msubsup> <mi>u</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mo>&amp;Sigma;</mo> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msub> <mi>M</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <msubsup> <mi>u</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mo>&amp;Sigma;</mo> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>+</mo> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
5)定义性能优化函数其中直流环流指令P表示MMC与电网交换的有功功率；然后在有限开关组合数中选取使得Fc取得最小以及次小的两组开关组合数以及将最终的环流预测方程再向后推一个周期，得到：
<mrow> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>M</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mrow> <mi>o</mi> <mi>p</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msubsup> <msubsup> <mi>u</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mo>&amp;Sigma;</mo> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>M</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mrow> <mi>o</mi> <mi>p</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msubsup> <msubsup> <mi>u</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mo>&amp;Sigma;</mo> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>+</mo> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> 2
其中idiffj(k+2)分别表示k+2时刻环流预测值，分别表示k+2时刻上、下桥臂子模块电容电压预测值之和；
6)重新定义性能优化函数将上述两组开关组合以及分别带入Fco中，最终将使得Fco取得最小值对应的开关组合数作用于变换器，实现谐波环流的最优控制。
CN201710461394.4A 2017-06-16 2017-06-16 一种基于多步模型预测控制的mmc环流控制方法 Active CN107147315B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710461394.4A CN107147315B (zh) 2017-06-16 2017-06-16 一种基于多步模型预测控制的mmc环流控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710461394.4A CN107147315B (zh) 2017-06-16 2017-06-16 一种基于多步模型预测控制的mmc环流控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107147315A true CN107147315A (zh) 2017-09-08
CN107147315B CN107147315B (zh) 2019-06-07

Family

ID=59782149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710461394.4A Active CN107147315B (zh) 2017-06-16 2017-06-16 一种基于多步模型预测控制的mmc环流控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107147315B (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107659194A (zh) * 2017-11-14 2018-02-02 上海电力学院 一种模块化多电平变换器的优化控制集模型预测控制方法
CN108258925A (zh) * 2018-03-19 2018-07-06 中国科学院电工研究所 具备死区特征的半桥型mmc换流器仿真模型
CN108667003A (zh) * 2018-04-03 2018-10-16 华南理工大学 一种消除交流侧电压波动影响的预测控制方法
CN109145452A (zh) * 2018-08-24 2019-01-04 武汉大学 基于mmc离散建模的交流短路电流计算方法
CN109474193A (zh) * 2018-09-12 2019-03-15 上海交通大学 一种基于二极管钳位型三电平的模块化固态变压器
CN109617438A (zh) * 2018-08-30 2019-04-12 吉林大学 纯电动汽车模块化多电平转换器的控制方法
CN111355388A (zh) * 2020-01-17 2020-06-30 华中科技大学 一种基于两步模型预测控制的mmc桥臂电流控制方法及***
CN112086987A (zh) * 2020-08-26 2020-12-15 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 基于模型预测控制算法的mmc故障电流抑制方法
CN112510966A (zh) * 2020-11-25 2021-03-16 长沙理工大学 模块化中压波形发生器损耗均衡控制方法及***
CN112600452A (zh) * 2020-12-09 2021-04-02 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 基于桥臂电流控制的mmc有限集合模型预测控制方法及***
CN112600431A (zh) * 2020-11-05 2021-04-02 上海电力大学 基于mmc的sst新型dab dc-dc变换器的模型预测控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103532156A (zh) * 2013-10-31 2014-01-22 湖南大学 一种基于模块化多电平换流器的statcom不平衡补偿控制方法
EP2924860A1 (en) * 2014-03-25 2015-09-30 Alstom Technology Ltd. Voltage source converter and control thereof
CN105356778A (zh) * 2015-12-10 2016-02-24 湖南大学 一种模块化多电平逆变器及其无差拍控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103532156A (zh) * 2013-10-31 2014-01-22 湖南大学 一种基于模块化多电平换流器的statcom不平衡补偿控制方法
EP2924860A1 (en) * 2014-03-25 2015-09-30 Alstom Technology Ltd. Voltage source converter and control thereof
CN105356778A (zh) * 2015-12-10 2016-02-24 湖南大学 一种模块化多电平逆变器及其无差拍控制方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘盛烺，宋奇吼，杨飏，代高富: ""基于MMC的有源滤波器无差拍控制"", 《电力电容器与无功补偿》 *
沈坤，章兢，王坚: ""一种多步预测的变流器有限控制集模型"", 《中国电机工程学报》 *
邓雪松，欧开健，陈 鹏，崔小岳: ""基于无差拍电流控制的 MMC-HVDC ***控制策略研究"", 《电力***保护与控制》 *

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107659194A (zh) * 2017-11-14 2018-02-02 上海电力学院 一种模块化多电平变换器的优化控制集模型预测控制方法
CN108258925A (zh) * 2018-03-19 2018-07-06 中国科学院电工研究所 具备死区特征的半桥型mmc换流器仿真模型
CN108258925B (zh) * 2018-03-19 2020-01-14 中国科学院电工研究所 具备死区特征的半桥型mmc换流器仿真装置
CN108667003A (zh) * 2018-04-03 2018-10-16 华南理工大学 一种消除交流侧电压波动影响的预测控制方法
CN108667003B (zh) * 2018-04-03 2022-04-22 华南理工大学 一种消除交流侧电压波动影响的预测控制方法
CN109145452A (zh) * 2018-08-24 2019-01-04 武汉大学 基于mmc离散建模的交流短路电流计算方法
CN109617438B (zh) * 2018-08-30 2020-10-30 吉林大学 纯电动汽车模块化多电平转换器的控制方法
CN109617438A (zh) * 2018-08-30 2019-04-12 吉林大学 纯电动汽车模块化多电平转换器的控制方法
CN109474193A (zh) * 2018-09-12 2019-03-15 上海交通大学 一种基于二极管钳位型三电平的模块化固态变压器
CN111355388B (zh) * 2020-01-17 2021-07-27 华中科技大学 一种基于两步模型预测控制的mmc桥臂电流控制方法及***
CN111355388A (zh) * 2020-01-17 2020-06-30 华中科技大学 一种基于两步模型预测控制的mmc桥臂电流控制方法及***
CN112086987A (zh) * 2020-08-26 2020-12-15 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 基于模型预测控制算法的mmc故障电流抑制方法
CN112600431A (zh) * 2020-11-05 2021-04-02 上海电力大学 基于mmc的sst新型dab dc-dc变换器的模型预测控制方法
CN112510966A (zh) * 2020-11-25 2021-03-16 长沙理工大学 模块化中压波形发生器损耗均衡控制方法及***
CN112600452A (zh) * 2020-12-09 2021-04-02 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 基于桥臂电流控制的mmc有限集合模型预测控制方法及***
CN112600452B (zh) * 2020-12-09 2022-07-05 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 基于桥臂电流控制的mmc有限集合模型预测控制方法及***

Also Published As

Publication number Publication date
CN107147315B (zh) 2019-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107147315B (zh) 一种基于多步模型预测控制的mmc环流控制方法
CN106230257B (zh) 一种双向直流变换器反馈线性化反步滑模控制方法
CN103916039B (zh) 一种基于反步滑模控制的光伏并网逆变器的控制方法
CN103633870A (zh) 一种模块化多电平换流器的子模块电容电压平衡优化方法
CN105071678B (zh) 一种有限开关状态模型预测控制方法及装置
CN104811069B (zh) 一种模块化多电平逆变器的预测控制方法
CN108599605A (zh) 基于两矢量合成的三电平逆变器模型预测功率控制方法
CN114447970B (zh) 高压直挂电池储能***及其控制方法
CN116131641B (zh) 直流配电网下混合型模块化多电平变换器控制方法
CN103605850A (zh) 一种带子模块闭锁功能的mmc等效建模方法
CN103296885A (zh) Pwm功率变换器模拟仿真电路及仿真方法
CN109428340B (zh) 一种柔性直流输电装置的仿真方法及***
CN103997241A (zh) 一种基于h桥模块的多电平变换器电容电压均压方法
CN114499242A (zh) 一种npc三电平整流器优化有限控制集模型预测方法
CN105099245A (zh) 二极管箝位式模块化多电平换流器子模块等值仿真方法
CN107231093B (zh) 基于全桥mmc结构的中间包电磁加热电源的控制方法
CN102340259B (zh) 基于瞬时电流直接控制的新型脉宽调制电流跟踪控制方法
CN109412188B (zh) 一种基于非线性规划的柔性直流输电混合仿真平台参数优化方法
CN108199600A (zh) 一种全桥逆变器的自适应动态面控制器
CN112865524A (zh) 一种模块化多电平dc/dc变换器的模型预测控制方法
CN109995047B (zh) 一种三角形链式statcom的非平衡模型预测控制方法
CN110176867A (zh) 级联全桥型多电平功率放大器装置损耗均衡优化控制方法
CN110427635A (zh) Lcc-hvdc优化电磁暂态仿真方法
Renault et al. Current control based on space vector modulation applied to three-phase H-Bridge STATCOM
CN111898282B (zh) 一种改进的模块化多电平换流器戴维南等效建模方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant