模块化多电平换流器优化模型预测控制策略研究.pdf

第34卷第36期中国电机工程学报Vol.34No.36Dec.25,2014
63802014年12月25日ProceedingsoftheCSEE©2014Chin.Soc.forElec.Eng.
DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.2014.36.002文章编号：0258-8013(2014)36-6380-09中图分类号：TM46

模块化多电平换流器优化模型预测控制策略研究

刘普，王跃，丛武龙，雷万钧

(西安交通大学电气工程学院，陕西省西安市710049)

ResearchesonOptimizedModelPredictiveControlforModularMultilevelConverters
LIUPu,WANGYue,CONGWulong,LEIWanjun
(SchooloftheElectricEngineering,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049,ShaanxiProvince,China)

ABSTRACT:Withtheattractivefeaturesofhighefficiency,所有开关状态组合以实现最优控制目标，但随着桥臂模块数
lowharmonic,modularityandscalability,theModular量的增多，计算量将呈几何级数增长，严重制约MPC的工
MultilevelConverter(MMC)issuitableforawiderangeof程推广应用。针对N+1电平MMC，提出一种优化的模型预
high-voltagelarge-capacityapplications.Asanadvanced测控制算法，在对子模块电压、交流电流、相间环流、器件
N
controlstrategy,theModelPredictiveControl(MPC)can开关频率有效控制的同时，将开关状态组合计算量从C2N降
controlmultiplevariablesthroughacostfunction,whichalso至N+1。针对子模块数高达数百的MMC，进一步提出分组
hasadvantagesofdirectmodelingandfastdynamicresponse排序优化模型预测控制(grouping-sortingalgorithmcombined
performances.TheconventionalModelPredictiveControlOMPC，GSOMPC)策略，在降低桥臂子模块电压整体排序
methodforMMCisappliedbycalculatingallthecandidate对硬件资源苛刻需求的同时，将开关状态组合计算量从N+1
switchingstatestoachievecontrolobjectiveoptimization,降至2X+M+3(N=M×X)。基于2.7kV/60kW23电平MMC背
whichlimitstheapplicationofMPCalongwiththesubmodule靠背动模实验平台的实验结果证明了所提优化模型预测控
increasing.AnOptimizedModelPredictiveControl(OMPC)制(optimizedmodelpredictivecontrol，OMPC)及GSOMPC
wasproposedtocontrolthesubmodulevoltages,accurrents,策略的正确性与有效性。
circulatingcurrentsandtheswitchingfrequency,meanwhile关键词：模块化多电平换流器；模型预测控制；分组排序；
N
reducingthecomputationloadfromC2NtoN+1forN+1环流；开关频率优化
levelMMC.Inaddition,asthenumberofthesubmodule
0引言
increasestohundreds,theproposedGrouping-Sorting
algorithmcombinedOMPC(GSOMPC)canfurtherreducethe模块化多电平换流器(modularmulti-level
computationloadfromN+1to2X+M+3(N=M×X)toeliminateconverter，MMC)具有模块化结构、易级联、高效
thestricthardwarerequirements.Experimentresultsbasedona率、输出谐波小等优点，特别适合实现高压大容量
2.7kV/60kWofMMCwith23-levelback