基于微分平坦理论的MMC-RPC新型功率控制策略

本文主要探讨了一种新型的MMC-RPC（模块化多电平铁路功率调节器）功率控制策略，针对电气化铁路供电系统中常见的电能质量问题，如功率因数低、两侧供电臂功率不平衡和高谐波含量等。MMC-RPC作为一种电力自动化设备，通过V/v变压器供电，旨在通过有功功率平衡、无功功率补偿以及谐波功率分离来改善电能质量。 传统的RPC（铁路功率调节器）虽然具有综合补偿、控制灵活和通用性强的优点，但受限于功率开关器件的耐压能力和投资成本，实际应用有限。为克服这些问题，文章提出采用SPH-MMC（单相模块化多电平换流器）结构的MMC-RPC，它提高了耐压等级和补偿容量，同时降低了开关频率。 针对MMC-RPC的控制策略，以往的研究主要依赖于PI和PR控制器，存在非线性影响大、响应速度慢和稳态误差明显的缺点。文献［15, 11］分别提出了直接功率控制方法，旨在简化参数调整和提高控制效率。然而，由于MMC-RPC系统的非线性和外部干扰，传统的控制方法在实时消除干扰和适应实际环境方面存在挑战。 本文的核心创新在于引入了微分平坦控制理论，将供电臂上的有功和无功功率作为系统输出，通过理论证明这些输出满足微分平坦条件，使MMC-RPC成为一个微分平坦系统。这种策略采用了前馈控制和误差反馈控制相结合的设计，前馈环节产生主控制量，反馈环节进行修正，能够有效处理系统中的非线性问题并实时应对干扰，从而实现更高效、稳定的电能质量问题治理。 通过MATLAB/Simulink搭建的仿真系统，作者模拟了不同工况下的控制效果，并将其与传统控制方法进行了对比，结果显示该新型控制策略在电能质量优化方面展现出显著的优势。这一研究为模块化多电平铁路功率调节器的广泛应用提供了有效的解决方案，有望推动该技术在实际牵引供电系统中的广泛应用和升级。