本文關(guān)鍵詞：大功率三電平PWM整流器模型預測控制方法

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【摘要】：PWM整流器是大功率電力裝備接入電網(wǎng)的重要接口,作為發(fā)(用)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的橋梁,其核心控制目標是保持PWM整流器交、直流側(cè)功率平衡。在電能從交流形式轉(zhuǎn)換為特定要求的直流形式的過程中,有一部分能量消耗在PWM整流器自身,即產(chǎn)生功率損耗現(xiàn)象。其中,功率器件開關(guān)損耗占據(jù)著PWM整流器損耗的主要部分。傳統(tǒng)基于狀態(tài)空間平均模型的PWM整流器電壓定向控制(Voltage Oriented Control,VOC)無法滿足低開關(guān)頻率(小于500Hz)時的穩(wěn)定運行及電能品質(zhì)�；诖�,本文以二極管嵌位型三電平PWM整流器為研究對象,采取有限控制集模型預測控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)方法對其系統(tǒng)建模、預測原理、優(yōu)化方法以及相關(guān)衍生問題展開研究。針對狀態(tài)空間平均建模法應用于低開關(guān)頻率PWM整流器建模時的不適用性問題,分析PWM整流系統(tǒng)離散動態(tài)事件(功率器件開關(guān)函數(shù))和連續(xù)時間動態(tài)事件(整流器狀態(tài)函數(shù)),并指出上述兩者之間的相互混雜、相互作用的內(nèi)在關(guān)系。在此基礎上,基于有限狀態(tài)自動機建立了三電平PWM整流器混雜模型,采取李雅普諾夫(Lyapunov)穩(wěn)定判據(jù)對所建混雜模型進行穩(wěn)定性分析,同時闡明不同控制取向時PWM整流器運行結(jié)果的差異性。針對三電平PWM整流器混雜系統(tǒng)控制問題進行研究,提出了一種三電平PWM整流器FCS-MPC方法,重點圍繞模型預測和價值函數(shù)優(yōu)化兩部分展開。在分析微分方程泰勒級數(shù)展開的基礎上,建立了適用于三電平PWM整流系統(tǒng)的高精度離散預測模型。隨后,對三電平PWM整流器多個控制目標逐一設計價值函數(shù),并對價值函數(shù)中權(quán)值系數(shù)配置原理進行分析。此外,針對數(shù)字處理系統(tǒng)執(zhí)行FCS-MPC算法時存在的延時問題,提出了一種基于二次預測的延時補償方法。最后,給出了三電平PWM整流器FCS-MPC方法控制時的性能測試結(jié)果,包括:穩(wěn)態(tài)性能、動態(tài)性能、開關(guān)頻率以及與VOC方法對比分析等。針對傳統(tǒng)FCS-MPC方法價值函數(shù)易陷入局部最優(yōu)問題進行研究,提出一種基于滿意優(yōu)化的FCS-MPC價值函數(shù)設計方法,通過優(yōu)先級劃分方式對多個控制目標和約束逐層優(yōu)化,可實現(xiàn)三電平PWM整流器多目標和約束的全局最優(yōu)。針對傳統(tǒng)FCS-MPC單步預測的保守性問題,提出一種基于趨勢外推的多步長滿意優(yōu)化FCS-MPC設計方法,通過線性外推的方式將滿足滿意誤差范圍的開關(guān)狀態(tài)多步預測,可實現(xiàn)多步長滿意優(yōu)化FCS-MPC等效預測時域的有效提升。此外,針對多步預測引起的運算量激增問題,建立完成多步長滿意優(yōu)化FCS-MPC開關(guān)序列在線搜索樹,并利用分支限界法對多步長滿意優(yōu)化FCS-MPC進行快速尋優(yōu)。當采取FCS-MPC方法進行PWM整流器控制時,其穩(wěn)態(tài)開關(guān)序列存在隨機性,從而引起PWM整流器出現(xiàn)網(wǎng)側(cè)低頻諧波問題。針對該問題提出了一種三電平PWM整流器選擇諧波消除預測控制方法(Selective Harmonic Elimination MPC,SHE-MPC),利用SHE-PWM離線最優(yōu)解作為FCS-MPC尋優(yōu)起點,通過價值函數(shù)在線修正的方式完成SHE-PWM脈沖時刻修正,并以滾動優(yōu)化方式完成SHEMPC開關(guān)序列輸出。此外,當PWM整流器選用LCL濾波器時,由于FCS-MPC、SHE-MPC方法不存在PWM脈沖調(diào)制環(huán)節(jié),傳統(tǒng)虛擬阻抗方法不再適用,文中提出了一種基于虛擬功率注入的FCS-MPC、SHE-MPC阻尼阻抗方法,推導分析了虛擬功率注入與電容支路串聯(lián)電阻的等效性。同時,實驗驗證了該方法對于FCS-MPC、SHE-MPC這類無PWM調(diào)制環(huán)節(jié)控制技術(shù)的一般適用性。最后,基于2MW背靠背雙三電平PWM整流器互饋平臺,完成本文研究內(nèi)容的相關(guān)實驗驗證。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM461

【參考文獻】

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 韓耀飛;MW級異步電機雙三電平變頻系統(tǒng)研究[D];中國礦業(yè)大學;2010年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王從剛;感應電機雙PWM變流器模型預測控制研究[D];中國礦業(yè)大學;2014年

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本文編號：1262986