采用混合模型預(yù)測控制方法的充電機充電蓄電池儲能型模塊化多電平變換器的應(yīng)用分析
2017-9-7 9:08:25??????點擊：
將模塊化多電平變換器（MMC）作為充電機充電蓄電池儲能體系（BESS）的并網(wǎng)變換器，可在完成高壓并網(wǎng)的一起兼具操控的靈活性。針對充電機充電蓄電池儲能型模塊化多電平變換（B-MMC）體系，提出一種可有用減小核算量的混合型模型猜測操控（H-MPC）辦法。
該H-MPC辦法由PI操控和MPC組成。其間，PI操控部分用于求取滿意溝通電流輸出和環(huán)流操控要求的子模塊接入個數(shù)；MPC則擔(dān)任共模電壓（CMV）按捺，對子模塊接入個數(shù)進行恰當(dāng)調(diào)整。結(jié)合子模塊接入個數(shù)與充電機充電蓄電池組荷電狀況（SOC）的排序成果，即可發(fā)生詳細(xì)開關(guān)信號。針對不同使用場合，PI操控部分和MPC的操控方針選取要更為靈活。
以環(huán)流操控為例，對其包括于MPC部分的狀況進行扼要剖析。最終經(jīng)過Matlab/Simulink仿真和試驗，驗證了該辦法的正確性與有用性。
新動力的大范圍使用可以有用下降人們對石油動力的需求，而且其具有可再生能力強、排放污染小等優(yōu)勢，對緩解動力危機和環(huán)境惡化有側(cè)重要意義[1]。因為新動力發(fā)電具有間歇性和不確定性等特點，在并網(wǎng)進程中一般要與儲能設(shè)備相結(jié)合。儲能設(shè)備可以進行快速的功率吸收、釋放，有用減小新動力輸出動搖對電網(wǎng)的沖擊，完成新動力的友愛接入和協(xié)調(diào)操控[2]，其間充電機充電蓄電池儲能在大規(guī)模儲能體系中占據(jù)側(cè)重要位置。
傳統(tǒng)儲能并網(wǎng)體系需求將充電機充電蓄電池組進行串、并聯(lián)，經(jīng)過前級DC-DC變換器升壓后通往后級逆變電路完成并網(wǎng)。關(guān)于充電機充電蓄電池組而言，若要對其進行充、放電狀況監(jiān)測則需求增加額定的充電機充電蓄電池能量辦理體系，生產(chǎn)成本也會相應(yīng)進步；關(guān)于電力電子變換器而言，開關(guān)器材所需接受的電壓等級較高，體系作業(yè)的安全性會遭到嚴(yán)峻影響。
若將充電機充電蓄電池儲能體系（Battery Energy Storage System, BESS）與模塊化多電平變換器（ModularMultilevel Converter, MMC）相結(jié)合，則可以完成儲能單元的渙散接入，并合適接入高壓電網(wǎng)，進步體系的運轉(zhuǎn)功率和可靠性[3]。
目前關(guān)于模塊化多電平變換器充電機充電蓄電池儲能（Battery integrated Modular MultilevelConverter, B-MMC）體系的研討依然相對較少。文獻[4]經(jīng)過調(diào)理各個子模塊的調(diào)制深度，完成了充電機充電蓄電池組間荷電狀況（State Of Charge,SOC）的均衡共同。
文獻[5]則從理論上剖析了不同環(huán)流重量對充電機充電蓄電池組SOC均衡的影響。文獻[6]中，該結(jié)構(gòu)被使用于電動汽車范疇，并分別對交、直流充電和正常行駛?cè)N不同作業(yè)狀況進行了相關(guān)剖析。針對B-MMC結(jié)構(gòu)的操控，目前仍以經(jīng)典PI操控器為主。
模型猜測操控（Model Predictive Control, MPC）辦法因其在處理非線性體系雜亂束縛型問題時展現(xiàn)出的杰出優(yōu)勢，正逐漸被推行于電力電子操控領(lǐng) 域[7]。文獻[8]中介紹了一種適用于MMC結(jié)構(gòu)的有限操控集模型猜測操控（Finite ControlSet-Model Predictive Control, FCS-MPC）辦法。該辦法結(jié)構(gòu)簡略，價值函數(shù)可以一起包括多個操控方針，但當(dāng)子模塊數(shù)目較多時，數(shù)據(jù)核算量的增加較為嚴(yán)峻。
文獻[9]則將全體價值函數(shù)的求解進程分解為多個子方針函數(shù)逐級尋優(yōu)的辦法，該操控辦法中并未觸及權(quán)重系數(shù)的選取，下降了操控體系的規(guī)劃難度。文獻[10]則將排序均壓戰(zhàn)略與分組思想相結(jié)合，衍生出一種適用于MMC工程使用的優(yōu)化MPC戰(zhàn)略，該辦法并不會隨子模塊數(shù)目的增多顯著加劇處理器運算擔(dān)負(fù)。
根據(jù)上述研討現(xiàn)狀，本文提出一種適用于B-MMC結(jié)構(gòu)的混合型模型猜測操控（Hybrid-ModelPredictive Control, H-MPC）辦法。H-MPC辦法可分為PI操控和MPC兩大部分。其間PI操控部分主要用于完成溝通輸出電流盯梢等邏輯較為簡略的部分，而MPC部分則用于處理共模電壓按捺等雜亂邏輯部分。
比較于傳統(tǒng)PI操控辦法，H-MPC有用減少了PI操控器的數(shù)量，下降了操控體系的規(guī)劃雜亂度；而相關(guān)于常規(guī)MPC辦法，H-MPC則減少了每個采樣周期內(nèi)需求考慮的開關(guān)狀況數(shù)量，進而下降了運算需求。
本文詳細(xì)剖析了B-MMC體系的運轉(zhuǎn)特點、MMC的傳統(tǒng)MPC辦法，并在此基礎(chǔ)上提出了一種H-MPC方案，完成了溝通輸出電流盯梢、環(huán)流操控、充電機充電蓄電池組SOC均衡和共模電壓按捺的操控方針。本文最終經(jīng)過Matlab仿真和試驗驗證了該操控戰(zhàn)略的正確性與有用性。
圖 三電平B-MMC試驗渠道
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