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电动汽车驱动 多电平 模型预测控制MPC ★ 5.0

不平衡电网条件下模块化多电平矩阵变换器的无差拍模型预测控制

Deadbeat Model Predictive Control for Modular Multilevel Matrix Converter Under Unbalanced Grid Conditions

作者
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 多电平 模型预测控制MPC
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 模块化多电平矩阵变换器 无差拍模型预测控制 不平衡电网条件 控制策略 实验验证
语言:

中文摘要

模块化多电平矩阵变换器(M3C)是一种用于直接连接两个三相交流系统的功率变换器,具有模块化、可扩展性和高冗余性等优点。传统有限控制集模型预测控制(FCS - MPC)在M3C控制中表现出快速的动态响应。然而,其不规则的脉冲模式会导致开关频率不固定且纹波较大。本文提出了一种用于M3C的无差拍模型预测控制(DB - MPC)算法,在保留FCS - MPC快速性的同时,实现固定的开关频率、降低电流谐波含量并减轻计算负担。基于所提出的DB - MPC,提出了一种M3C在电网不平衡条件下的控制策略。该策略旨在通过维持电网有功功率恒定来抑制电网电流畸变,从而保证供电质量。最后,通过由27个子模块组成的缩比样机的实验结果验证了所提策略的可行性和有效性。

English Abstract

The modular multilevel matrix converter (M3C) is a power converter used to directly connect two three-phase ac systems, with the advantages of modularity, scalability, and high redundancy. Conventional finite control set model predictive control (FCS-MPC) exhibits fast dynamic responses for the control of the M3C. However, its irregular pulse patterns lead to an unfixed switching frequency and larger ripples. In this article, a deadbeat model predictive control (DB-MPC) algorithm for the M3C is proposed to achieve a fixed switching frequency, lower current harmonic content, and lower computational burden, with the rapidity of the FCS-MPC preserved. Based on the proposed DB-MPC, a control strategy for the M3C under unbalanced grid conditions is proposed. The strategy aims to suppress the grid current distortions by maintaining constant grid active power, thus ensuring the power supply quality. Finally, the feasibility and effectiveness of the proposed strategy is verified by the experimental results obtained from a downscaled prototype consisting of 27 submodules.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务角度分析,模块化多电平矩阵变换器(M3C)技术及其无差拍模型预测控制策略具有重要的战略价值。该技术能够直接连接两个三相交流系统,这与我们在大规模储能系统、风光储一体化项目以及柔性输电领域的应用场景高度契合。

论文提出的DB-MPC算法解决了传统有限集模型预测控制开关频率不固定、电流纹波大的痛点,实现了固定开关频率和更低的谐波含量,这对提升我们储能变流器PCS和光伏逆变器的电能质量至关重要。特别是在电网不平衡条件下,该策略通过维持恒定有源功率来抑制电网电流畸变,这对于我们在弱电网环境下的新能源接入项目具有直接应用价值,可显著提升系统的电网适应性和供电可靠性。

M3C的模块化和高冗余特性与阳光电源一贯倡导的模块化设计理念完全吻合,有利于降低系统成本、提高可维护性。该技术在风电变流器、储能双向变流以及电能路由器等产品线具有潜在应用前景。从技术成熟度看,论文已通过27个子模块的降尺度样机验证,表明技术已具备工程化基础。

然而,技术挑战依然存在:M3C的拓扑复杂度较高,对控制系统的实时性和可靠性要求严格;大规模应用时的成本优化和热管理需要深入研究;此外,与现有产品平台的兼容性整合也需系统性评估。建议我们的研发团队可将该技术纳入中长期技术储备,优先在高端储能系统和特殊应用场景进行试点验证。