用于中压直流配电网的模块化多电平DC/DC变流器非线性控制器设计

直流微电网技术的广泛应用和远海风电场的大规模并网使得中压直流(medium-voltage direct current, MVDC)配电技术受到了国内外学者共同关注[1-4]。MMC拓扑自2003年由德国教授Marquardt提出以来，因其结构灵活，控制策略简单，电压等级易于扩展等优势，进一步推动了MVDC系统的研究进展[5]。
文献[6]在单相MMC-DC/DC变流器中使用了基于“分层电容电压均衡策略”的电容电压平衡控制和基于PR控制的功率控制，不涉及环流问题。文献[7]提出了基于LCL谐振式模块化多电平DC/DC变换器的定直流电压控制，保证了不同功率下两侧MMC 的零无功功率控制。但由于LCL谐振网络替换了原有的中频变压器，使系统的电压变化范围受到限制。文献[8]提出了考虑输入端直流侧电压降低时的功率平衡和电压平衡控制，有效地保证了低直流电压输入时系统的稳定运行。文献[9]在DC/DC变流器两侧都使用了传统的电压外环加电流内环的控制。文献[10]则引入了内部状态变量控制，分别包括：总功率控制、微分能量控制、环流控制和网侧电流控制。然而现有文献多采用基于线性系统理论的PI控制，难以有效应对运行过程中的扰动、负载突变等暂态情况。
因此，本文提出基于模块化多电平DC/DC变流器的反步法控制策略。基于非线性系统的逆推原理，建立了MMC拓扑在dq坐标系下的反步法控制模型，然后将其应用到MMC的控制中[11]。最后在MATLAB/Simulink和RT-LAB中验证了反步法控制相对于传统PI控制在暂态性能方面的优势。