本发明涉及一种微电网控制方法，尤其涉及一种考虑电压恢复和soc均衡的直流微电网分布式模型预测控制方法。
背景技术：
1、微电网可以被划分为直流微电网、交流微电网和交直流混合微电网，相比之下，直流微电网不需要关注频率，不受谐波和趋肤效应影响，因此具有更优越的电能质量，另外，直流微电网中不需要考虑分布式电源之间的同步问题，协同运行更加方便，正被深入研究和广泛应用。由于可再生能源的强随机性和高度不确定性，微电网通常需要安装储能系统来维持“源-荷”之间的功率平衡。考虑到储能系统的运行寿命，应避免储能系统的过充/过放，需要维持各储能系统之间的soc一致性。因此，亟需探索安全、可靠、有效的协同控制方法以实现直流母线电压稳定和储能系统的soc均衡。
2、微电网最常用的控制方法主要有集中控制、分散控制和分布式控制。分布式控制兼顾了集中式和分散式控制的优点，在局部信息交互的基础上实现了信息共享和全局优化。因此，分布式控制更能满足微电网的要求，受到了广泛的关注和深入的研究。微电网分级控制框架主要由三个层次组成，每个层次对应不同的响应时间尺度要求。初级控制的目标是实现功率和电压的动态调节。二级控制用于补偿一级控制造成的功率分配偏差和电压偏差，三级控制通过能量管理和优化调度的方法实现经济运行。
3、为了实现孤岛直流微电网中的电压恢复和soc均衡，目前常采用的方法包括分布式有限时间一致性控制、基于soc加权调整的分布式控制等。这些方法虽然可以在一定程度上实现电压恢复和soc均衡，但没有考虑储能系统充/放电电流的约束。由于控制输入量与状态量差异程度呈正相关，状态差异严重时控制输入会较大，状态接近一致时控制输入会较小。因此，在收敛过程的前期，储能系统电流差异性往往较大，会难以避免地产生冲击电流；在收敛过程的后期，储能系统电流差异性会很小，对总体收敛速度产生了较大影响；总之，现有的控制方法难以兼顾储能系统的运行安全性和收敛速度。
4、因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的技术手段。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种考虑电压恢复和soc均衡的直流微电网分布式模型预测控制方法，能够有效避免在孤岛直流微电网运行控制过程中存在冲击电流，而且有效提升整个控制算法收敛速度，并且使得微电网中的各个储能系统的均衡性好，从而有效提升孤岛直流微电网的运行稳定性以及运行寿命。
2、本发明提供的一种考虑电压恢复和soc均衡的直流微电网分布式模型预测控制方法，包括以下步骤：
3、s1.确定含有分布式电源和储能系统的孤岛直流微电网，并确定出孤岛直流微电网的拓扑结构；
4、s2.构建孤岛直流微电网的母线电压预测模型和储能系统的soc动态预测模型，并预测出设定未来时刻的孤岛直流微电网的母线电压以及的储能系统的soc信息；
5、s3.确定用于母线电压调节的电流控制集以及用于储能系统soc均衡调节的储能电流控制集，并基于用于母线电压调节的电流控制集以及用于储能系统soc均衡调节的储能电流控制集中所包含的控制信息控制在设定未来时刻孤岛直流微电网的母线电压与预测的母线电压一致，且孤岛直流微电网各节点的储能系统的soc均衡。
6、进一步，步骤s2中，采用如下方法预测孤岛直流微电网的母线电压：
7、构建母线电压预测模型：
8、
9、其中：
10、v(k+p)＝[vbus.1(k+p)lvbus.i(k+p)l vbus.n(k+p)]t(2)；
11、v(k)＝[vbus.1(k)lvbus.i(k)l vbus.n(k)]t(3)；
12、vbus(k)＝diag[vbus.1(k)lvbus.i(k)l vbus.n(k)](4)；
13、vbatt(k)＝diag[vbatt.1(k)lvbatt.i(k)l vbatt.n(k)](5)；
14、ipv(k)＝[ipv.1(k)l ipv.i(k)l ipv.n(k)]t(6)；
15、ibatt(k)＝[ibatt.1(k)l ibatt.i(k)l ibatt.n(k)]t(7)；
16、iload(k)＝[iload.1(k)l iload.i(k)l iload.n(k)]t(8)；
17、
18、
19、其中：y表示节点导纳矩阵，ts1表示模型预测控制周期，vbus,i(k+p)表示t＝k+p时刻孤岛直流微电网的第i个节点的母线电压预测值，p表示预测步长，i＝1,2,l,n，n表示孤岛直流微电网的节点总数，vbus,i(k)表示t＝k时刻孤岛直流微电网的第i个节点的母线电压值，vbatt,i(k)表示t＝k时刻孤岛直流微电网的第i个节点的储能系统的电压值，ipv,i(k)表示t＝k时刻孤岛直流微电网的第i个节点的母线输出电流，ibatt,i(k)表示t＝k时刻孤岛直流微电网的第i个节点的储能电流，iload,i(k)t＝k时刻孤岛直流微电网的第i个节点的本地负载的输入电流，ci表示第i个节点的直流母线滤波电容；
20、将式(2)至式(10)代入至式(1)中得到孤岛直流微电网的最终母线电压预测模型为：
21、
22、进一步，步骤s2中，采用如下方法预测孤岛直流微电网的储能系统的soc信息：
23、构建储能系统的soc预测模型：
24、
25、其中：
26、soc(k+p)＝[soc1(k+p)l soci(k+p)l socn(k+p)]t(13)；
27、soc(k)＝[soc1(k)l soci(k)l socn(k)]t(14)；
28、ibatt(k)＝[ibatt.1(k)l ibatt.i(k)l ibatt.n(k)]t(15)；
29、
30、其中：soci(k+p)表示t＝k+p时刻孤岛直流微电网的第i个节点的储能系统的soc预测值；soci(k)表示t＝k时刻孤岛直流微电网的第i个节点的储能系统的soc值；ibatt,i(k)表示t＝k时刻孤岛直流微电网的第i个节点的储能系统的电流输出值，表示孤岛直流微电网的第i个节点的储能系统的最大容量；
31、将式(13)至式(16)代入至式(12)中求解得到最终的soc预测模型：
32、
33、进一步，用于母线电压调节的电流控制集通过如下方式确定：
34、
35、其中：ibasic.i(k)＝[ibasic,1(k),l,ibasic,i(k),l,ibasic,n(k)]t(19)；
36、
37、vnom表示节点i的额定电压值，ri表示第i节点的储能系统的下垂系数；为用于母线电压调节的二次电压调整项的控制集，且：
38、
39、其中：表示第i个节点储能系统允许的最大输出电流，表示第i个节点储能系统允许的最小输出电流，表示微电网系统允许的最大电压偏差，为第i个节点储能系统的电压二次控制集间隔。
40、进一步，当将用于母线电压调节的电流控制集中的元素进行母线电压调节控制时，需要满足控制代价函数，其中，控制代价函数为：
41、
42、进一步，用于储能系统soc均衡调节的储能电流控制集通过如下方式确定：
43、
44、其中：ibasic.i(k)＝[ibasic,1(k),l,ibasic,i(k),l,ibasic,n(k)]t(22)；
45、vnom表示节点i的额定电压值，ri表示第i节点的储能系统的下垂系数；表示二次soc调节项，且：
46、
47、其中：为第i个储能系统的soc二次控制集间隔，表示第i个节点储能系统允许的最大输出电流，表示第i个节点储能系统允许的最小输出电流，表示微电网系统允许的最大电压偏差。
48、进一步，当将用于储能系统soc均衡调节的储能电流控制集中的元素进行soc均衡调节控制时，需要满足控制代价函数，其中，控制代价函数为：
49、其中：
50、
51、l(i)表示拉普拉斯矩阵l的第i行。
52、进一步，所述拉普拉斯矩阵l通过如下方法确定：
53、基于孤岛直流微电网的拓扑结构确定出孤岛直流微电网的相邻节点，且相邻节点通过通信网络交换信息，通信网络采用无向图表示，通信权重为其中为节点集，代表边集；
54、节点i的通信邻居节点表示为节点i的邻接矩阵表示为：
55、
56、其中：aij代表通信权重，则无向图的拉普拉斯矩阵可以根据下式得出：
57、
58、其中：代表通信网络的自由度，则拉普拉斯矩阵可以表示为
59、
60、本发明的有益效果：通过本发明，能够有效避免在孤岛直流微电网运行控制过程中存在冲击电流，而且有效提升整个控制算法收敛速度，并且使得微电网中的各个储能系统的均衡性好，从而有效提升孤岛直流微电网的运行稳定性以及运行寿命。
1.一种考虑电压恢复和soc均衡的直流微电网分布式模型预测控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述考虑电压恢复和soc均衡的直流微电网分布式模型预测控制方法，其特征在于：步骤s2中，采用如下方法预测孤岛直流微电网的母线电压：
3.根据权利要求1所述考虑电压恢复和soc均衡的直流微电网分布式模型预测控制方法，其特征在于：步骤s2中，采用如下方法预测孤岛直流微电网的储能系统的soc信息：
4.根据权利要求1所述考虑电压恢复和soc均衡的直流微电网分布式模型预测控制方法，其特征在于：用于母线电压调节的电流控制集通过如下方式确定：
5.根据权利要求4所述考虑电压恢复和soc均衡的直流微电网分布式模型预测控制方法，其特征在于：当将用于母线电压调节的电流控制集中的元素进行母线电压调节控制时，需要满足控制代价函数，其中，控制代价函数为：
6.根据权利要求1所述考虑电压恢复和soc均衡的直流微电网分布式模型预测控制方法，其特征在于：用于储能系统soc均衡调节的储能电流控制集通过如下方式确定：
7.根据权利要求6所述考虑电压恢复和soc均衡的直流微电网分布式模型预测控制方法，其特征在于：当将用于储能系统soc均衡调节的储能电流控制集中的元素进行soc均衡调节控制时，需要满足控制代价函数，其中，控制代价函数为：
8.根据权利要求7所述考虑电压恢复和soc均衡的直流微电网分布式模型预测控制方法，其特征在于：所述拉普拉斯矩阵l通过如下方法确定：
