不平衡工況下MMC橋臂能量平衡的模型預測控制

徐常天, 楊興武,劉海波,孟致丞,丁青杰

(1.上海電力大學電氣工程學院, 上海市 200090;2. 國網江蘇省電力有限公司泰州供電分公司, 江蘇省泰州市 225300)

0 引 言

模塊化多電平換流器(modular multilevel converter, MMC)憑借其優越的性能特征,被廣泛應用于中高壓直流輸電[1-3]、柔性互聯裝置[4-5]、低頻工況[6-8]等場景中。在不平衡工況下,環流可以被分解為零序分量與二倍基頻的正序、負序分量,其中正序與負序分量存在于上下橋臂之間,體現為橋臂能量的波動增大,而零序電流分量影響交直流側之間功率傳輸,引起直流側功率波動,體現為直流母線電流紋波波動增大[9]。在無變壓器系統中,零序分量不可避免地會導致過流或過壓,傳統針對于不平衡工況下MMC的控制主要以旋轉dq坐標系下的比例積分控制與靜態αβ坐標系下的比例諧振控制為主實現零序電流的抑制[10-11]。學者陸續提出了利用比例諧振控制器[12-14]、比例積分-準諧振控制器[15-16]、滑膜控制器[17-18]、基于歐拉-拉格朗日模型的無源控制器[19-20]、基于Lyapunov函數非線性控制器[21]等方法對橋臂電流進行跟蹤的控制方法,實現了MMC的多目標控制,大大提高了系統的響應速度,這類方法雖然能夠抑制環流波動,但是會加大直流側電流波動,降低系統的穩定性。

模型預測控制(model predictive control, MPC)是一種具有快速動態響應、低輸出諧波的控制方法[22-24],廣泛應用于MMC系統中,并取得了良好的控制效果。但是傳統MPC算法計算量大,權重因子難以整定[25-26],無法應用于不平衡工況等問題。本文提出一種橋臂能量平衡的不平衡工況MMC環流抑制方法。……