模塊化多電平變換器的優(yōu)化控制策略研究.pdf

1、隨著電力電子技術(shù)在無功補(bǔ)償、有源電力濾波器、高壓直流輸電等領(lǐng)域的應(yīng)用，高壓大功率電力電子設(shè)備成為研究熱點(diǎn)。多電平變換器因其開關(guān)器件承受電壓低、電壓諧波含量低等優(yōu)點(diǎn)，是目前解決高壓大功率變換最有效的方案之一。本文以模塊化多電平變換器(modular multilevel converter, MMC)為研究對象，圍繞調(diào)制策略、子模塊電容均壓控制策略及其優(yōu)化控制策略進(jìn)行了研究。
　　本文對MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了介紹，并推導(dǎo)了M

2、MC數(shù)學(xué)模型。分析了基于閉環(huán)均壓的載波移相調(diào)制策略和基于排序均壓的最近電平逼近調(diào)制策略，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。根據(jù)理論計算和仿真驗(yàn)證，從輸出諧波含量、基波特性以及動態(tài)特性等方面進(jìn)行對比分析，指出相應(yīng)調(diào)制策略的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。
　　為了減少最近電平逼近調(diào)制在電平數(shù)較少的低次諧波含量，采用統(tǒng)一脈寬調(diào)制進(jìn)行優(yōu)化。然而該方法仍采用傳統(tǒng)的排序均壓算法并未考慮降低開關(guān)頻率和控制器的負(fù)擔(dān)。為進(jìn)一步優(yōu)化算法，采用了基于統(tǒng)一脈寬調(diào)制的優(yōu)化均壓策略，該

3、方法不需要對子模塊電容電壓進(jìn)行排序，還通過設(shè)置子模塊電容電壓閾值，從而避免頻繁地投切開關(guān)器件，使其適用于子模塊數(shù)較多的場合。
　　為保證電容均壓和抑制環(huán)流，常規(guī)控制方法一般與 PI調(diào)節(jié)器結(jié)合，導(dǎo)致控制系統(tǒng)出現(xiàn)參數(shù)整定困難、控制滯后等缺點(diǎn)。本文介紹了模型預(yù)測控制(model predictive control, MPC)，該方法具有響應(yīng)速度快、跟蹤性能好、多變量控制等優(yōu)點(diǎn)。然而存在計算量大的問題，現(xiàn)有的處理器很難滿足實(shí)時計算的要求

4、。為此本文采用了優(yōu)化模型預(yù)測控制，通過對子模塊電容電壓排序以及電流方向來確定可能的開關(guān)狀態(tài)組合，有效降低了可能的開關(guān)狀態(tài)組合，大大降低系統(tǒng)的運(yùn)算量。這兩種方法都需要進(jìn)行復(fù)雜的加權(quán)系數(shù)整定過程，因此本文提出了基于MMC的滿意優(yōu)化預(yù)測控制(satisfying-optimized predictive control, SOPC)。仿真驗(yàn)證了SOPC具有良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性。
　　最后在MMC實(shí)驗(yàn)樣機(jī)對本文所采用的優(yōu)化控制策略進(jìn)行實(shí)驗(yàn)