基于多变量校正的MMC快速有限集模型预测控制策略

有限集模型预测控制方法(finite control set model predictive control,FCS-MPC)因其能够实现多目标的控制,在模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)中得到广泛应用。随着子模块数量增加,模型预测控制方法计算量呈指数增长,面临计算复杂度高、权重因子难以整定等问题。为了解决上述问题,提出了一种基于多变量校正控制集的MMC模型预测控制策略(multi-variate adjusting set predictive control,MAS-MPC)。该策略基于输出电流与桥臂电压差对子模块投入控制集进行快速校正,通过评估两个成本函数得到最优开关矢量。此外,提出了一种基于分化中项的电容电压平衡方案,可以有效降低排序算法的复杂度。为了验证所提策略的有效性,使用Matlab/Simulink软件平台搭建了10电平的三相MMC系统,并与传统方案进行比较。所提方案在降低输出电流与环流的谐波含量的同时,大幅减少了系统的计算量,使得系统具有更快速的动态响应速度。

基于环路滤波阻抗重塑的并网锁相环改进方法

锁相环(PLL)作为传统并网同步单元,在弱电网下会对并网稳定性产生不利的影响。这里搭建了并网逆变器小信号阻抗模型,分析了PLL对并网电力系统稳定性的影响机制,并给出了在常规PLL控制方法下的系统稳定性分析。在此基础上,提出了一种基于PLL改进控制和参数的设计方法,对PLL的附加阻抗进行重塑。该方法提高了系统的相位裕度,同时还满足了并网逆变器对快速性的要求。最后通过仿真和实验表明,该方法可以保证并网系统在大电网阻抗下实现高质量的并网电流输出。

可有效抑制子模块电容电压波动的新型HMMC

模块化多电平变换器(MMC)己在直流输电、电机控制等领域得到广泛应用,电容数量以及电容电压波动是影响MMC成本与性能的主要因素。提出了一种用于中压场景下的混合模块化多电平变换器(HMMC)的改进拓扑结构,在原有的HMMC上、下桥臂之间插入了一种新型的中间模块,通过3次谐波电压以及梯形桥臂电流的注入来减小桥臂上子模块电容上的电压纹波,提高变换器调制比。同时,通过控制所提出的新型中间模块,消除由于3次谐波电压注入引起的交流侧共模电压,提高交流输出侧相电压波形质量。与现有结构相比,所提出的新型中间模块器件数量较少,对于不同桥臂电流控制方式有良好的兼容性。最后通过Matlab/Simulink仿真结果以及实验验证了新型串联电容HMMC的有效性。

不平衡工况下MMC桥臂能量平衡的模型预测控制

模型预测控制(model predictive control,MPC)以其动态响应速度快、输出谐波含量低、易实现多目标控制等优势,被广泛应用于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)中。但在电网不平衡工况下,MMC上下桥臂能量不对称引起基频环流波动,二倍基频及更高频次的零序电流流过直流母线,导致直流母线功率波动,体现在电流波动中。将不平衡电流进行分解,将环流分解为正序、负序与零序分量,并提出一种模型预测控制方法,利用基于桥臂能量的复合控制器抑制环流负序与零序分量,以实现不平衡工况下交流输出电流、环流与子模块电容电压的综合控制。该方法既能有效抑制不平衡工况下的环流波动,同时能够抑制直流母线电流波动,利用MATLAB/Simulink软件搭建了MMC系统进行仿真分析,并利用实验平台验证所提方法的正确性及有效性。