[发明专利]一种用于模块化多电平直流变压器的模型预测控制方法

权利要求书

1.一种用于模块化多电平直流变压器的模型预测控制方法，所述模块化多电平直流变压器包括原边MMC拓扑、副边H桥型拓扑以及中高频隔离变压器；所述原边MMC拓扑包括a、b两相，每相包括上下桥臂，上下桥臂分别包括N个级联的半桥子模块，N为正整数；每个半桥子模块包含1个电容和2个作为开关的晶体管；所述方法包括：

(S1)计算原边MMC拓扑的环流参考值、子模块电容电压参考值；

(S2)分别确定原边MMC拓扑的a、b相环流和子模块电容电压在不同开关状态组合下的预测值；

(S3)将原边MMC拓扑的a、b相环流的预测值分别与所述原边MMC拓扑的环流参考值作差，将原边MMC拓扑的子模块电容电压的预测值与所述原边MMC拓扑的子模块电容电压参考值作差，并用三种差值的绝对值之和构造代价方程G；

(S4)根据当前时隙调制波电平数目和上一时隙的开关状态组合对原边MMC拓扑的所有开关状态组合的集合进行缩减；从缩减后的开关状态组合的集合中选出使得所述代价方程G最小的开关状态组合，作为当前时隙的原边MMC拓扑的开关状态组合；

步骤(S2)具体包括：

(S21)在当前时隙原边类方波交流电压过渡过程开始时采样所述中高频隔离变压器的漏感电流，并根据采样的漏感电流估算当前时隙所述原边MMC拓扑中四个桥臂的桥臂电流；

(S22)基于当前时隙所述原边MMC拓扑中四个桥臂的桥臂电流的估算值，分别对当前时隙不同开关状态组合下的a、b相环流和子模块电容电压进行预测，得到当前时隙的a、b相环流和子模块电容电压在不同开关状态组合下的预测值；

步骤(S4)中，根据当前时隙调制波电平数目和上一时隙的开关状态组合对原边MMC拓扑的所有开关状态组合进行缩减，具体包括：

第一次缩减：从所有开关状态组合的集合中找出满足当前时隙调制波电平数的开关状态组合的集合；

第二次缩减：将第一次缩减后的开关状态组合的集合中每一开关状态组合与当前时隙的开关状态组合相比较，确定与当前时隙的开关状态组合对比只有一个开关状态不同的开关状态组合的集合。

2.根据权利要求1所述的用于模块化多电平直流变压器的模型预测控制方法，其特征在于，步骤(S4)中，原边MMC拓扑的所有开关状态组合的集合通过以下方式确定：令每相中导通半桥子模块数不恒为N，而是为N-1、N或N+1，再根据每相中所有可能的导通半桥子模块数确定所述原边MMC拓扑的所有开关状态组合的集合。

3.根据权利要求1所述的用于模块化多电平直流变压器的模型预测控制方法，其特征在于，步骤(S1)中，计算原边MMC拓扑的环流参考值包括：确定原边MMC拓扑和副边H桥型拓扑的最优移相占空比，并根据所述最优移相占空比计算对应的副边输出功率，用对应的副边输出功率除以原边直流电压的两倍，得到所述环流参考值。

4.根据权利要求3所述的用于模块化多电平直流变压器的模型预测控制方法，其特征在于，所述最优移相占空比通过以下方式确定：

确定副边输出电压关于移相占空比的函数，并进行离散化，得到副边输出电压相邻时隙间的迭代关系；

根据所述迭代关系，基于上一时隙副边输出电压得到当前时隙副边输出电压的预测值；

用当前时隙副边输出电压的预测值与副边输出电压参考值之差的绝对值构造关于副边输出电压的代价方程G_uo；

将移相占空比的取值范围分为k份，k为正整数，将每一份的中间值分别代入G_uo中，找到使得G_uo最小的中间值作为所述最优移相占空比。

5.根据权利要求1所述的用于模块化多电平直流变压器的模型预测控制方法，其特征在于，步骤(S1)中，所述子模块电容电压参考值为原边直流电压除以桥臂子模块个数N。