三电平双向直流变换器的模型预测电压控制研究

杨茹楠，何晋伟，王秀瑞

（天津大学电气自动化与信息工程学院，天津300072）

目前， 直流电网得到了国内外学者的广泛关注。 直流微电网作为新能源设备的柔性接口，可以提高光伏电池板、燃料电池和储能设备等分布式电源的渗透率。随着系统规模的扩大，为了解决这些分布式电源的消纳问题， 具有平抑系统功率波动能力的储能系统的存在不可或缺。因此在直流微电网中，储能系统的控制是电网能量管理的重要环节[1]。

储能系统的核心设备是双向直流变换器。文献[2]为实现较高的电压变比，研究了隔离型双向直流变换器，但是隔离型双向直流变换器在大功率场合应用中效率会有所降低。非隔离型三电平双向直流变换器可以提高能量转换效率，减小变换器的体积和重量，同时提高变换器的动态响应速度，更适用于储能系统等低压大电流场合[3-4]。 此外，三电平拓扑中功率开关管和二极管的电压应力小，开关损耗降低[5-6]。在储能系统中引入非隔离型三电平双向直流变换器，可实现直流电网储能系统的良好运行。

三电平双向直流变换器传统双闭环控制器参数设计和调制较为复杂， 而MPC 技术的开关状态直接应用于功率变换器， 不需要额外的调制阶段，为不同的控制目标提供了一种简单、高效的计算实现方法[7]。 此外，MPC 还具有动态响应快和电流跟踪精度高的优点。 由于现代数字控制平台的智能化， 计算能力的提高使得更先进的MPC 技术的得以实现，因此近年来电力电子领域的模型预测控制方法应用愈加广泛[8]。……