大功率三電平PWM整流器最佳化控制和電網不平衡運行研究

《大功率三電平PWM整流器最佳化控制和電網不平衡運行研究》是依託北方工業大學，由李正熙擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：大功率三電平PWM整流器最佳化控制和電網不平衡運行研究
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：李正熙
• 依託單位：北方工業大學

項目摘要

大功率三電平PWM整流器需要同時解決低開關損耗、低電流諧波和高動態性能幾個相互矛盾的問題。在較低的開關頻率下，同步最佳化調製可以獲得較小的電流諧波但動態性能差，而模型預測控制(MPC)可以獲得快速的動態回響。結合二者優點，本項目採用基於MPC的同步最佳化脈衝調製來解決上述難題。首先研究基於單個控制周期的MPC及其最佳化，重點解決多步長MPC中的計算量大和預測精度問題，進一步將單矢量MPC擴展為多矢量MPC以提高穩態性能並降低開關頻率。其次研究基於MPC的閉環最佳化調製技術，在解決同步最佳化調製線上求解的基礎上實現完全基於MPC的線上高性能閉環控制策略。最後，研究不依賴於電感參數的控制補償指令生成方法，無需改變平衡電網下控制方法的結構而拓展其電網不平衡時的故障穿越能力。本項目提出的控制方法將同時具備MPC的快速回響和同步最佳化調製的優異穩態性能，且可以線上實現，為大功率整流器最佳化控制提供了新型解決方案。

結題摘要

項目針對三電平PWM整流器的最佳化控制及其在電網不平衡下的控制進行了深入研究，提出了一系列原創性成果。針對傳統的單矢量DPC套用於PWM整流器時存在的功率脈動大、電流諧波高和開關頻率不固定等問題，先後提出了功率脈動最小、功率無差拍和新型簡單占空比控制等方法來對DPC選出的矢量時間進行最佳化，在維持傳統DPC動態性能的基礎上顯著改善系統的穩態性能，簡單容易實現，顯著提高了DPC的工程實用價值。針對傳統模型預測功率控制存在的穩態性能差、開關頻率不固定和計算量等缺點，首先提出了基於有功無功誤差最小的二矢量MPC，該方法可以顯著改善穩態性能而不影響動態效果，具有較大的實用價值；其次針對PWM整流器採用MPC進行優選矢量時存在的計算量大的問題，以復功率共軛的負值為控制變數，在同步旋轉坐標繫上對矢量選擇進行分析和推導，得出一種只需一次預測和比較即可得到最佳電壓矢量的低複雜度MPC；進一步將該方法用於二矢量MPC，得到了矢量計算時間的簡化表達式，大大簡化了算法的複雜度。針對電網不平衡下的PWM整流器控制，基於傳統瞬時功率理論和擴展瞬時功率理論提出了一系列創新思想並和DPC、MPC等先進控制方法相結合，無需旋轉坐標變換和正負序分解，為非理想電網下PWM整流器控制提供了新型解決方案。