基于三相三模块3LNPC-CR的MPC直流电压平衡策略研究

摘要

三电平中点箝位级联整流器（Three-Level Neutral Point Clamped Cascaded Rectifier，3LNPC-CR）因具有
模块化程度高、功率密度大、输出电平质量好等优点，在电力电子变压器（Power Electronic Transformer，PET）等
场合具有广阔的应用前景[1]。然而，在多模块级联运行条件下，各子模块直流侧电压易受参数不一致、负载扰动及
控制误差等因素影响而产生不平衡现象，进而导致系统功率质量下降、器件电压应力增加，甚至影响整机稳定运行。
针对上述问题，本文提出一种基于模型预测控制与平滑开关序列相结合的直流电压平衡策略，即MPC模型预测控制
平滑开关序列调制策略（Model Predictive Control with，MPC）策略。首先，引入负序电流注入控制方法实现三相间
电压均衡；其次，在此基础上构建改进调制策略，通过预测控制时域内各候选电压矢量对系统状态的影响，结合代
价函数实时选取最优开关序列，从而实现模块直流侧电压的快速均衡调节。最后，基于三相三模块3LNPC-CR系统
开展仿真与实验验证。结果表明，所提出的MPC策略能够在负载不平衡工况下实现快速的相内电压均衡，并在结合
NSCI控制后进一步完成相间电压平衡，同时保持较好的网侧电流波形质量。研究结果验证了该方法在提升系统动态
性能与稳态性能方面的有效性，可为PET场景下级联整流器直流侧电压平衡控制提供一种可行方案。