[发明专利]一种应用于直流三电平变换器的多目标协同优化控制方法

权利要求书

1.一种应用于直流三电平变换器的多目标协同优化控制方法，其特征在于，基于直流三电平变换器的拓扑结构，直流变换器拓扑结构由四个功率开关模块T₁，T₂，T₃，T₄组成双向三电平BOOST-BUCK电路，通过直流母线接入直流微网系统，其中，直流三电平变换器拓扑结构的输入侧连接储能系统，控制方法包括以下步骤：

(1)通过电流电压传感器采样k时刻输入侧电感电流i_L(k)和输出侧分压电容电压值V_c1(k)、V_c2(k)；

(2)根据电感电流方向判定能量流动方向；包括以下步骤：

a)若储能系统放电，即能量正向流动，则T₁、T₄关断，选择T₂、T₃为主控开关模块，计算机预估下一个采样时刻的状态一(S₂＝1，S₃＝1)、状态二(S₂＝1，S₃＝0)、状态三(S₂＝0，S₃＝0)、状态四(S₂＝0，S₃＝1)四种开关状态下的电感电流i_L(k+1)和输出侧分压电容电压值V_c1(k+1)、V_c2(k+1)；

其中，i_L(k+1)，i_L(k)分别为k+1和k时刻的电感电流采样值；U_ES为储能侧电压值；V_c1(k+1)，V_c2(k+1)分别为k+1时刻的分压电容电压采样值；V_c1(k)，V_c2(k)分别为k时刻的分压电容电压采样值；i_c1(k)，i_c2(k)分别为k时刻的分压电容电流采样值；T_s为采样间隔；C₁、C₂分别为上分压电容和下分压电容的电容值；二进制变量S₂、S₃的值分别表示开关模块T₂、T₃的状态；其中S₂为0代表开关模块T₂导通，S₃为0代表开关模块T₃导通，S₂为1代表开关模块T₂关断，S₃为1代表开关模块T₃关断；

b)若储能系统充电，即能量反向流动，则T₂、T₃关断，选择T₁、T₄为主控开关模块，预估下一个采样时刻状态五(S₁＝1，S₄＝1)、状态六(S₁＝1，S₄＝0)、状态七(S₁＝0，S₄＝0)、状态八(S₁＝0，S₄＝1)四种开关状态下的电感电流i_L(k+1)和输出侧分压电容电压值V_c1(k+1)，V_c2(k+1)；

其中，i_L(k+1)，i_L(k)分别为k+1和k时刻的电感电流采样值；U_ES为储能侧电压值；V_c1(k+1)，V_c2(k+1)分别为k+1时刻的分压电容电压采样值；V_c1(k)，V_c2(k)分别为k时刻的分压电容电压采样值；i_c1(k)，i_c2(k)分别为k时刻的分压电容电流采样值；T_s为采样间隔；C₁、C₂分别为上分压电容和下分压电容的电容值；二进制变量S₁、S₄的值分别表示开关模块T₁、T₄的状态，其中S₁为0代表开关模块T₁导通，S₄为0代表开关模块T₄导通，S₁为1代表开关模块T₁关断，S₄为1代表开关模块T₄关断；

(3)通过计算机计算出每种可能的开关状态下的控制状态函数值，选出控制状态函数的最优值J_op；控制状态函数值通过下式得到：

其中，U_dc^*为母线参考电压；i_L^*为参考电流；i_L(k+1)为k+1时刻根据式(5)得到的电感电流预测值；V_c1(k+1)，V_c2(k+1)为k+1时刻根据式(2)、(3)、(5)、(6)得到的分压电容的预估值；U_dc(k+1)＝V_c1(k+1)+V_c2(k+1)；λ为权重系数，在直流三电平变换器开始运行前根据直流微网系统需要由人为设定数值，取值范围为0.3～0.7；

(4)选择控制状态函数最优值J_op对应的开关状态S_op；

(5)将步骤(4)所得的开关状态应用于直流三电平变换器；

(6)返回步骤(1)，开始下一次开关状态优化；若储能系统或直流三电平变换器发生故障，则结束程序。

2.根据权利要求1所述的应用于直流三电平变换器的多目标协同优化控制方法，其特征在于，该控制方法的开关状态直接应用于直流三电平变换器，不需要额外的调制阶段。