[发明专利]基于模型预测控制算法的MMC故障电流抑制方法

权利要求书

1.一种基于模型预测控制算法的MMC故障电流抑制方法，其特征在于，所述方法采用：采样模块、坐标变换模块、电网电压控制模块、输出电流预测与目标函数计算模块、桥臂能量预测与目标函数计算模块、内部环流预测与目标函数计算模块、权重因子计算模块、最终目标函数计算模块、目标函数比较与控制指令输出模块；

所述采样模块中，包括：

电压采样模块，对MMC换流器交流电网侧三相电压U_sabc，直流母线电压U_dc，三相上、下桥臂子模块电压U_pabc(i)和U_nabc(i)进行采样，i＝1～N；

电流采样模块，对换流变压器阀侧三相电流I_vabc，MMC上、下桥臂电流I_pabc和I_nabc进行采样；

所述坐标变换模块中，包括：

Clark变换模块，对MMC交流电网侧三相电压U_sabc、阀侧三相电流I_vabc、上、下桥臂电流I_pabc和I_nabc、上、下桥臂子模块电压U_pabc(i)和U_nabc(i)进行Clark变换，i＝1～N，得到α-β坐标系下对应的电压矢量U_sαβ、电流矢量I_vαβ、上、下桥臂电流I_pαβ和I_nαβ、上、下桥臂子模块电压U_pαβ(i)和U_nαβ(i)，i＝1～N；

Park变换模块，对电网电压矢量U_sαβ进行Park变换，得到同步旋转d-q坐标系中的电压矢量U_sdq，Park变换采用的角度为交流电网相位θ_v，由控制系统给定；

Park反变换模块，将电网电压控制器输出的电流参考值I_vdqref从同步旋转d-q坐标系变换到静止α-β坐标系中，得到静止坐标系中的电流参考值I_vαβref，Park反变换采用的角度为交流电网相位θ_v；

所述电网电压控制模块，对交流电网电压U_sdq的d、q轴分量通过PI控制器进行控制，使其分别跟随给定的参考值U_sdref及U_sqref，两个控制器输出经过限幅环节后，分别作为d、q轴电流的参考值I_vdqref；

所述输出电流预测与目标函数计算模块，包括：

输出电流预测模块，根据本采样周期得到的电网电压U_sαβ，阀侧电流I_vαβ，分别计算在本采样周期上、下桥臂采用不同子模块投入方法时，下一个采样周期的阀侧电流I_vαβ(next)，其中，本采样周期共有N+1种子模块投入方法，共需要计算N+1次I_vαβ(next)，得到I_vαβ(next)(m),m＝1,2,...N+1；

输出电流目标函数计算模块，根据预测电流值I_vαβ(next)(m)和电流参考值I_vαβref计算输出电流目标函数J_1m,m＝1,2,...N+1；

所述桥臂能量预测与目标函数计算模块，包括：

桥臂能量预测模块，根据本采样周期上、下桥臂不同子模块的电压U_pαβ(i)和U_nαβ(i)，上、下桥臂电流I_pαβ和I_nαβ，分别计算在本采样周期上、下桥臂采用N+1种子模块投入方法时，下一个采样周期的不同子模块的电压值U_αmp(next)(i)、U_αmn(next)(i)、U_βmp(next)(i)和U_βmn(next)(i)，i＝1～N,m＝1,2,...N+1，并进一步计算上、下桥臂子模块的总能量E_p(next)(m)和E_n(next)(m)，m＝1,2,...N+1；

桥臂能量目标函数计算模块，根据预测桥臂能量E_p(next)(m)、E_n(next)(m)和上、下桥臂能量参考值计算桥臂能量目标函数J_2m,m＝1,2,...N+1，上、下桥臂能量参考值给定为NCU_dc²，其中C为子模块电容的电容值；

所述内部环流预测与目标函数计算模块，包括：

内部环流预测模块，根据本采样周期的上、下桥臂电流I_pαβ和I_nαβ、计算得到内部环流I_cαβ，再根据直流母线电压U_dc分别计算在本采样周期上、下桥臂采用N+1种子模块投入方法时，下一个采样周期的内部环流I_cαβ(next)(m)，m＝1,2,...N+1；

内部环流目标函数计算模块，根据预测内部环流I_cαβ(next)(m)和内部环流参考值计算内部环流目标函数J_3m,m＝1,2,...N+1，内部环流参考值给定为0；

所述权重因子计算模块，根据以下方法计算权重因子：在标幺值系统中，权重因子p₂,p₃为1，权重因子的p₁的计算方法如下：

其中，I_m为在上一个工频周期中I_vabc三相电流幅值的最大值，I_max为系统在全功率运行状态下的额定电流幅值，λ为故障电流抑制系数，根据系统对故障电流抑制要求进行给定；

所述最终目标函数计算模块，根据以下方法计算得到最终的目标函数J_m：J_m＝p₁J_1m+p₂J_2m+p₃J_3m，m＝1,2,...N+1；

所述目标函数比较与控制指令输出模块，比较采用N+1种子模块投入方法的最终目标函数J_m，m＝1,2,...N+1，选择其中目标函数最小的子模块投入方法作为本采样周期的控制指令，实现对MMC换流器的控制。