面向交流传动的相间耦合型MMC低频运行优化模型预测控制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51907196
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0706.电力电子学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Modular multilevel converter (MMC) is a potential topology for the high-power AC drive applications. However, the main solution based on the high-frequency signal injection to suppress the capacitor voltage fluctuations under the low-frequency operation suffers for the disadvantages as the high-frequency common mode voltage and the high circulating current loss. Therefore, this project plans to eliminate the high-frequency common mode voltage and reduce the circulating current loss by adopting the phase-coupled MMC topology, and the finite control set model predictive control (FCS-MPC) is adopted to meet the current tracking and structure concision requirements for the optimized system control. Corresponding research is around the crux scientific issues as the analysis of the system power integration, as well as the searching and action mechanism optimization for the FCS-MPC. Thus the research contents are conducted as follows: ①the compositions of the phase-coupled circuits are optimized and the high-efficiency power integration control thought based on the asymmetric arm mode is presented; ②a hierarchical structure for FCS-MPC is established and a low-complexity arm current MPC strategy is proposed, which is adopted to implement the high-efficiency low-frequency operation control; ③the influence mechanism of the sampling period on the stability of FCS-MPC is analyzed and the improving method for system steady-state performance under low sampling frequency condition is provided, which helps to ensure the current control precision for low-frequency operation. The research conclusion of this project will provide the theoretical foundation for solving the low-frequency operation problem of the MMC effectively, and promote the development of the high-power AC drive technology.
模块化多电平变换器(MMC)在大功率交流传动领域应用潜力较大,但解决其低频运行电容电压波动问题较为主流的高频信号注入方法存在输出高频共模电压、环流损耗高等缺点。本项目拟结合相间耦合型MMC拓扑消除高频共模电压并降低环流损耗,面向其系统优化控制对于电流跟踪性及结构简洁性的要求引入有限控制集模型预测控制(FCS-MPC),围绕系统功率复合机理分析、FCS-MPC寻优及作用机制优化等关键科学问题展开研究,包括:①明确相间耦合型MMC相间电路的优化结构及配置,形成基于桥臂不对称运行的高效率功率复合控制思路;②建立分层FCS-MPC架构并提出低复杂度桥臂电流模型预测控制策略,实现高效率低频运行控制;③分析采样周期对FCS-MPC稳定性的影响机理并提出低采样频率条件下系统稳态特性的优化方法,保证低频运行电流控制精度。研究结论可为有效解决MMC低频运行问题提供理论基础,有望推动大功率交流传动技术的发展。

结项摘要

本项目以模块化多电平变换器(MMC)交流电机驱动的低频运行问题为主要研究背景,围绕变换器建模分析、模型预测控制优化等两方面内容开展研究。主要研究工作包括:1)分析了MMC拓扑子模块电容电压的波动机理,分析了具备相间功率传输通路的相间耦合型MMC,明确了可降低机侧高频共模电压的电路配置形式,构建了相间耦合型MMC变频驱动的低频运行调速控制环路,搭建了相间耦合型MMC变频驱动系统实验测试样机;2)结合相间耦合型MMC的控制特点及交流电机控制需求,优化了MMC模型预测控制建模及设计思路,提出了一种基于无差拍思想和分层架构的低复杂度桥臂电流模型预测控制策略,实现了相间耦合型MMC电机驱动系统的多目标有效控制,明确了相间耦合型MMC优缺点;3)研究了有限集模型预测控制稳定性分析及稳态特性优化方法,面向多种变换器系统提出了三种具备通用性的定频模型预测控制方法,提升了模型预测控制用于电力电子变换器的多目标控制精度。依托本项目研究,在国内外学术期刊上发表SCI论文7篇,EI核心论文1篇;申请项目相关国家发明专利8项,其中获得授权5项;培养硕士研究生7名,其中已毕业5名。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
Finite-set quasi-sliding mode predictive control of LC-filtered voltage source inverters
LC滤波电压源逆变器的有限集准滑模预测控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Industrial Electronics
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Changming Zheng;Zheng Gong;Xiaojie Wu;Tomislav Dragicevic;Jose Rodriguez;Frede Blaabjerg
  • 通讯作者:
    Frede Blaabjerg
基于MMC主动限流的柔性直流配电网优化配合保护策略
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    电网技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    公铮;赵思涵;伍小杰;朱荣伍
  • 通讯作者:
    朱荣伍
Topology and Modulation for a New Indirect Matrix Converter to Reduce the Common-Mode Voltage
用于降低共模电压的新型间接矩阵转换器的拓扑和调制
  • DOI:
    10.1109/tie.2022.3203745
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Industrial Electronics
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Zheng Gong;Peng Dai;Jingjie Li;Dahui Su;Xianjin Su
  • 通讯作者:
    Xianjin Su
A global fault current limiting strategy for the MMC-HVDC grid with a reduced DC reactor
减少直流电抗器的MMC-HVDC电网全局故障限流策略
  • DOI:
    10.1016/j.ijepes.2022.108088
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    International Journal of Electrical Power & Energy Systems
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Zheng Gong;Sihan Zhao;Xiaojie Wu;Changming Zheng;Juan Zhou
  • 通讯作者:
    Juan Zhou
Design and evaluation of a virtual vector based modulated model predictive control for the indirect matrix converters with improved performance
具有改进性能的间接矩阵转换器的基于虚拟矢量的调制模型预测控制的设计和评估
  • DOI:
    10.1109/tie.2021.3130320
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Industrial Electronics
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Zheng Gong;Jingjie Li;Peng Dai;Dahui Su;Xiaojie Wu
  • 通讯作者:
    Xiaojie Wu

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其他文献

基于模块统一脉宽调制的模块化多电平变换器优化模型预测控制
  • DOI:
    10.13334/j.0258-8013.pcsee.160097
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国电机工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭国胜;戴鹏;公铮
  • 通讯作者:
    公铮
基于载波移相调制的模块化多电平变换器变频运行控制
  • DOI:
    10.13334/j.0258-8013.pcsee.2015.11.021
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国电机工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    公铮;伍小杰;王钊;戴鹏
  • 通讯作者:
    戴鹏
新型并联交错型多电平变换器的桥臂统一脉宽调制策略
  • DOI:
    10.13334/j.0258-8013.pcsee.171578
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国电机工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    公铮;张海军;戴鹏;李明
  • 通讯作者:
    李明
模块化多电平换流器的快速电压模型预测控制策略
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    电力系统自动化
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    公铮;伍小杰;戴鹏
  • 通讯作者:
    戴鹏

其他文献

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海上风电分频传输系统轻型化M3C及其高可靠性优化预测控制
  • 批准号:
    52277205
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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