針對(duì)模塊化多電平變換器（MMC）的傳統(tǒng)模型預(yù)測(cè)控制器計(jì)算量大,且難以實(shí)際應(yīng)用的問(wèn)題,提出了一種結(jié)合子模塊電壓排序算法的快速模型預(yù)測(cè)控制策略。基于MMC離散數(shù)學(xué)模型所設(shè)計(jì)的快速模型預(yù)測(cè)控制器優(yōu)化了控制目標(biāo)實(shí)施,并簡(jiǎn)化了循環(huán)優(yōu)化計(jì)算過(guò)程,易于應(yīng)用到具有大量子模塊的MMC系統(tǒng)中。新型快速模型預(yù)測(cè)控制器在保留傳統(tǒng)模型預(yù)測(cè)控制優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),顯著降低了計(jì)算負(fù)擔(dān),并可以最小化輸出電壓的電壓變化率。最后,搭建了三相MMC原理樣機(jī)系統(tǒng)并開展了相關(guān)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了新型控制策略的有效性。 

【文章來(lái)源】：電氣傳動(dòng). 2020,50(10)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

MPC方案的基本控制原理

圖2為三相MMC系統(tǒng)電路配置，圖2中L0為橋臂電感；“p”和“n”分別代表上、下橋臂，上、下橋臂均有N個(gè)SM,SM中上管為S1，下管為S2。控制S1和S2可將電容CSM旁路或接入主電路，對(duì)應(yīng)SM處于關(guān)閉狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)�？赏ㄟ^(guò)改變上、下橋臂中導(dǎo)通SM數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。不同的調(diào)制方法對(duì)應(yīng)MMC輸出相電壓電平可為N+1或2N+1[22]。圖2中，Udc和Idc分別為直流鏈路電壓和電流；upj和unj分別為第j相（j=a,b,c）的上橋臂電壓和下橋臂電壓；ipj和inj分別為第j相上橋臂和下橋臂的電流；uj和ij分別為第j相的輸出電壓和交流側(cè)電流。描述第j相動(dòng)態(tài)行為的方程可表示為

圖3為所提出的快速M(fèi)PC方案的框圖。在每個(gè)采樣周期內(nèi)，MPC算法和電壓排序算法將連續(xù)執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)前述3個(gè)控制目標(biāo)。圖3中，首先對(duì)所需的電量進(jìn)行采樣，并基于式（14）和式（15）對(duì)第k+1步長(zhǎng)的控制量進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后進(jìn)行成本函數(shù)最小化計(jì)算，以選擇最優(yōu)電壓電平數(shù)。同時(shí)，將最優(yōu)電壓電平對(duì)應(yīng)的上、下橋臂中的導(dǎo)通狀態(tài)的SM數(shù)量（分別由Moptpj和Moptnj表示）發(fā)送到電壓排序算法部分。綜上，MPC算法部分確定最優(yōu)輸出相電壓，而電壓排序算法部分確定最優(yōu)開關(guān)狀態(tài)�？焖費(fèi)PC算法的流程圖如圖4所示。第1個(gè)步長(zhǎng)中，由于沒(méi)有前一個(gè)步長(zhǎng)的最優(yōu)電平（由levelold表示），故先設(shè)置為0，隨即啟動(dòng)電量采樣，然后執(zhí)行成本函數(shù)計(jì)算和狀態(tài)升級(jí)，從最優(yōu)電平可對(duì)應(yīng)得到橋臂中處于導(dǎo)通狀態(tài)的最優(yōu)SM數(shù)量Moptrj。在該采樣周期的MPC算法部分完成后，即進(jìn)行電壓排序算法部分。電壓排序算法將對(duì)每相橋臂中的電容電壓進(jìn)行分類。如果橋臂電流為正，則具有較低電容電壓的SM將被設(shè)置為導(dǎo)通狀態(tài)以對(duì)電容器充電，而其他SM將被設(shè)置為關(guān)閉狀態(tài)。如果橋臂電流為負(fù)，則具有較高電容電壓的SM將被設(shè)置為導(dǎo)通狀態(tài)以對(duì)電容器放電，而其他SM將被設(shè)置為關(guān)閉狀態(tài)。電壓排序算法執(zhí)行完畢后將得到最終的最優(yōu)開關(guān)狀態(tài)。

【參考文獻(xiàn)】：
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