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基于模拟退火算法的模型预测控制策略

来源：电工电气发布时间：2023-10-17 16:17 浏览次数：278

基于模拟退火算法的模型预测控制策略

谭学武¹，邓木生²，彭思程¹，程谆²

(1 湖南工业大学电气与信息工程学院，湖南株洲 412007；

2 湖南铁道职业技术学院智能制造学院，湖南株洲 412001)

摘要：传统的模型预测控制 (MPC) 存在权重因子无法准确设计、开关状态循环预测以及响应速度慢的问题。提出了一种基于模拟退火 (SA) 算法的模型预测控制策略 (SA-MPC)，通过建立预测模型和构造目标函数，采用 SA 后台直接全局寻优，实现环流控制和 SM 电容电压均压控制。所提策略无需整定权重因子，无需循环试凑开关状态，提升了响应速度和精度，有效抑制了相间环流和降低了子模块电压波动幅度。通过搭建模块化多电平换流器 (MMC) 系统模型，仿真验证了所提策略的可行性与有效性。

关键词： 模块化多电平换流器；模拟退火算法；模型预测控制；环流抑制；SM 电容均压

中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2023)09-0014-06

Model Predictive Control Strategy Based on the

Simulated Annealing Algorithm

TAN Xue-wu¹, DENG Mu-sheng², PENG Si-cheng¹, CHENG Zhun²

（1 College of Electrical and Information Engineering, Hunan University of Technology, Zhuzhou 412007, China;

2 School of Intelligent Manufacturing of Rail Transit Equipment, Hunan Railway Professional Technology College, Zhuzhou 412001,China）

Abstract: The traditional Model Predictive Control (MPC) has problems of inaccurately designed weight factors, circularly predicted switching states and slow response speed, so the paper proposes a Model Predictive Control strategy based on the Simulated Annealing Algorithm (SA-MPC). It first establishes a predictive model and constructs an objective function, and then adopts SA in the background to directly achieve global optimization, realizing circulating current control and SM capacitor voltage equalization control. This proposed strategy has no need to set weight factors and cyclically try to find the switching state, so it increases the response speed and accuracy, effectively suppressing the interphase circulating current and reducing the sub-module voltage fluctuation amplitude. Finally, the Modular Multilevel Converter (MMC) system simulation model is built to verify the feasibility and effectiveness of the proposed strategy.

Key words: modular multilevel converter; simulated annealing algorithm; model predictive control; circulating current suppression; SM capacitor voltage equalization

参考文献

[1] 高媛，杨炳元，李东升. 柔性直流供电网络的电流保护适用性分析[J]. 电工电气，2021(7) ：17-23.

[2] 张在梅，刘艳. 配电网电力电子变压器技术综述[J].电工电气，2021(7) ：5-11.

[3] 邢勐，顾明，葛贤军. 基于模块化多电平换流器拓扑的静止同步补偿器非线性控制策略[J] . 科学技术与工程，2020，20(36) ：14956-14960.

[4] 李明德，邓子豪，黄海，等. 基于 MMC 的电机驱动新型控制方法[J]. 微电机，2021，54(10) ：98-101.

[5] 朱经纬，付文轩. 模块化多电平变换器模型预测控制策略研究[J]. 电气传动，2017，47(5) ：18-21.

[6] 蒋谦，黄志豪，程启明，等. 基于 MMC 的 PET 中间隔离级 DC-DC 变换器的新型模型预测控制策略[J].电力建设，2022，43(4) ：49-57.

[7] 王双岭，陈会鸽. 混合子模块型模块化多电平变换器 MPC 设计[J]. 电力系统及其自动化学报，2022，34(6) ：126-134.

[8] 张明光，李波. 基于 MPC 的 MMC-HVDC 子模块均压控制策略[J]. 电气自动化，2018，40(5) ：66-69.

[9] 王祯，尹项根，陈玉，等. 基于连续控制集模型预测控制的 MMC 桥臂电流控制策略[J] . 电力系统自动化，2020，44(10) ：85-91.

[10] 赵伟，袁至，王维庆，等. 基于附加电平 MPC 的 MMC 环流抑制与子模块双重均压控制[J] . 智慧电力，2022，50(3) ：57-64.

[11] QIN Jiangchao, SAEEDIFARD Maryam.Predictive Control of a Modular Multilevel Converter for a Back-to-Back HVDC System[J].IEEE Transactions on Power Delivery，2012，27(3) ：1538-1547.

[12] VATANI M, BAHRANI B, SAEEDIFARD M, et al.Indirect Finite Control Set Model Predictive Control of Modular Multilevel Converters[J].IEEE Transactions on Smart Grid，2015，6(3) ：1520-1529.

[13] GUTIERREZ B, KWAK S.Modular Multilevel Converters (MMCs) Controlled by Model Predictive Control with Reduced Calculation Burden [J] . IEEE Transactions on Power Electronics，2018，33(11) ：9176-9187.

[14] 陶雪峰，陈媛媛，叶磊，等. 模块化多电平变换器快速模型预测控制器设计[J] . 电气传动，2020，50(10) ：72-78.

[15] ZHAN S, LIN J, ZHANG Z, et al.List-based simulated annealing algorithm for traveling salesman problem[J].Computational Intelligence and Neuroscience，2016，2016 ：1712630.

[16] 董浩楠，焦瑞莉，黄敏松. 模拟退火算法优化的 BP 神经网络的云粒子形状自动识别方法[J] . 现代电子技术，2022，45(12) ：143-148.

[17] 刘瑞杰，齐嘉慧，刘莎. 模拟退火算法在水下电场反演中的应用[J] . 舰船电子工程，2022，42(1) ：155-157.

[18] 赵炳巍，贾峰，曹岩，等. 基于模拟退火算法的人工势场法路径规划研究[J] . 计算机工程与科学，2022，44(4) ：746-752.

[19] 王凌. 智能优化算法及其应用[M] . 北京：清华大学出版社，2004.

[20] 江加和，宋子善，沈为群，等. 模拟退火算法在连续变量全局优化问题中应用[J] . 北京航空航天大学学报，2001，27(5) ：556-559.

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