基于占空比调制的模块化多电平换流器模型预测控制

杨兴武，杨 帆，薛 花，江友华，鲍 伟，张建文

（1.上海电力大学电气工程学院，上海市 200090；2.华东电力试验研究院有限公司，上海市 200437；3.上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海市 200240）

0 引言

模块化多电平换流器（MMC）因其模块化、可扩展、易组装等优点在中高压电力电子领域得到了广泛应用［1］，如海上风电并网［2］、高压直流输电［3］、中压电机驱动［4-5］和电力电子变压器［6］等。MMC模块化的特点有利于故障后的修复，并可通过增减子模块的数量改变额定电压［7］。另外，通过运用容错方法，MMC可在有子模块故障的情况下继续运行，提高了系统的可靠性［8］。

与两电平电压源型换流器相比，MMC除了需要控制功率与交流输出电流外［9］，还需考虑子模块电 容 电 压 的 平 衡［10］和 环 流 抑 制［11］。比 例-积 分（PI）［12］与比例-谐振（PR）［13］控制等线性控制方法已被用于控制MMC，但MMC系统具有较强的非线性和多变量耦合性，多个控制器的参数整定困难，系统的动态性能较差，稳定运行范围较小［14］。

模型预测控制（model predictive control，MPC）与线性控制相比，具有动态响应快、可对多目标协同控制、易于实现等优点，已被广泛应用于MMC控制［15］。文献［16］将有限状态MPC（FS-MPC）方法用于MMC控制，利用目标函数控制交流输出电流并抑制环流，通过确定每个采样周期的最佳开关状态实现电容电压平衡。但当子模块数量较大时，其计算量较大。为减少计算量，文献［17］提出将N个子模块插入MMC每相桥臂中，减少了开关状态的选择范围；文献［18］提出一种基于MPC的分组排序算法，通过电压排序算法将电容电压控制从目标函数中解耦，减少了目标函数寻优过程的计算次数；……