【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微电网运行控制领域，尤其是涉及一种孤岛微电网的三矢量mpc两步预测系统及其方法。
技术介绍
1、近年来，随着电子设备耐压技术的突破，可再生能源发电在全球范围内迅速发展。以未来可再生能源电力输送和管理网络(freedm)为代表的高压微电网已被证明是整合不同分布式能源的有效方法。基于电力电子的固态变压器(solid state transformer，sst)可视为一种典型的混杂动态逆变器系统，在具有控制灵活等优点的同时，也存在系统惯性小，受扰动时易发生振荡等缺点，建造精准数学模型十分困难。特别是微电网孤岛运行时，无法从大电网获得电压和频率支撑，逆变器控制难度较高。
2、为解决这一问题，模型预测控制(mpc)由于直接利用逆变器的离散特性和开关状态的有限性而受到广泛关注，与传统的pi控制、滞环控制等相比，具有易于添加约束条件、响应速度快等优点。但在并网系统中，它存在在线优化计算量大、mpc抗干扰能力低等局限性。单矢量mpc控制在一个周期内只有一个开关状态，因此存在纹波系数大等缺点。因此，增加单位周期内的控制矢量数量，可有效扩大调制范围和控制精度。
3、另外，mpc中存在大量的实时计算，使得采样和驱动过程都有较长的延迟，从而导致被控电流出现振荡，电流纹波变大，影响控制效果。因此，提出了一种基于三矢量两步预测的延迟补偿方法。目前，三矢量控制只预测一步，很少使用两步预测法。主要原因是三矢量控制需要在每一步预测中跟踪所有切换状态以找到最优解，计算量较大。因此，迫切需要平衡三矢量控制和两步预测对计算延迟的影
4、如何实现孤岛微电网预测中控制精度和响应速度的平衡，成为需要解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种孤岛微电网的三矢量mpc两步预测系统及其方法。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、根据本专利技术的一个方面，提供了一种孤岛微电网的三矢量mpc两步预测系统，该系统包括多台并联的固态变压器，还包括与固态变压器连接的等效馈线，所述等效馈线包括虚拟电感、外接电感和线路阻抗；所述系统采用基于等效馈线的多环控制策略与两步加速预测的三矢量mpc控制相结合的系统控制策略。
4、优选地，所述的基于等效馈线的多环控制策略具体为：先进行等效馈线计算得到初始等效电阻req和初始等效电抗xeq，再计算等效馈线上的压降ucom，将其引入下垂控制中进行改进得到ucom，最后通过自适应虚拟阻抗控制得到uo。
5、更加优选地，所述的两步加速预测的三矢量mpc控制具体为：通过自适应虚拟阻抗控制输出的uo作为输入调制信号，离散化处理后，进行第一次预测，判定扇区所在位置，然后进行第二次预测，任一选择所在扇区位置中的三个矢量进行组合，确定每个矢量的作用时间；两步预测完成后，确定最小代价函数，实现延时补偿，输出最优开关状态。
6、更加优选地，所述的等效馈线还包括本地负载zlocal，将其设计为等效电阻reqi和等效电抗xeqi：
7、
8、其中，rli和xli为外接电感lg后的电阻测量值和电抗测量值，pgi和qgi通过测量外部电感的电压和电流计算得出的有功功率和无功功率，pli和qli通过测量线路阻抗的电压和电流计算得出的有功功率和无功功率，zline表示线路阻抗；
9、加上外部电感lg，就得到了考虑外部电感后的等效电阻reqli和考虑外部电感后的等效电抗xeqli，其中：
10、其中，xgi表示外接电抗，虚拟阻抗可根据微电网负载变化进行动态调整。
11、更加优选地，所述的虚拟阻抗zv(s)设计为电阻-电感式：
12、zv(s)＝-rvi+slvi
13、其中s为复频域变量，rvi为虚拟电阻，lvi为虚拟电感，负电阻-rvi用于消除输出阻抗的固有电阻成分；
14、通过添加等效馈线的概念，重新设计了虚拟电阻rvi和虚拟电感lvi：
15、
16、其中，lvrefi为第i个逆变器的参考虚拟电感，reqli为等效电阻，xeqli为等效电抗，leqi为xeqli对应的等效电感；
17、根据线路电压和电流的测量值，实时计算等效电阻reqi和等效电感leqi，使虚拟阻抗随等效阻抗自适应变化。
18、根据本专利技术的另一个方面，提供了一种孤岛微电网的三矢量mpc两步预测方法，该方法包括以下步骤：
19、步骤s1，采样数据处理以及参数初始化；
20、步骤s2，判断第一次预测的当前迭代次数i是否大于第一次预测的最大迭代次数，若为否，则执行步骤s3；否则，执行步骤s6；
21、步骤s3，对系统进行第一次预测的第i次迭代，i递增1；
22、步骤s4，对系统进行第二次预测的第j次迭代，j递增1；
23、步骤s5，判断第二次预测的当前迭代次数j是否大于第二次预测的最大迭代次数，若为否，则返回步骤s4；否则，返回步骤s2；
24、步骤s6，选取最小代价函数时的三个电压矢量作为最优预测结果进行输出，从而确定开关状态sopt。
25、优选地，所述步骤s1中，采样数据处理具体为：第k时刻进行电压电流采样，对其进行clark变化和欧拉离散化处理，分别得到uαβ(k)和iαβ(k)作为输入；
26、所述参数包括第一次预测的最大迭代次数、第一次预测的当前迭代次数、第二次预测的最大迭代次数、第二次预测的当前迭代次数以及代价函数操作值，其中第一次预测的当前迭代次数和第二次预测的当前迭代次数均初始化设置1，代价函数操作值初始化设为无穷大。
27、优选地，所述步骤s3中，对系统进行第一次预测的第i次迭代具体为：
28、首先，预测系统在k+1时刻的状态，具体公式为：
29、x(k+1)＝ax(k)+buαβ(k)+bdiαβ(k)
30、其中，x(k+1)为系统在k+1时刻的状态变量矩阵，a为系统矩阵，b和bd分别代表扰动矩阵和控制矩阵；
31、然后，通过θ＝arctan(uβref/uαref)判定扇区所在位置，其中，θ为扇区的相角，uαref和uβref分别为参考坐标系α和β的电压参考值分量。
32、优选地，所述步骤s4中，对系统进行第二次预测的第j次迭代的过程包括以下步骤：
33、步骤s101，任一选择所在扇区位置中的三个矢量进行组合，确定每个矢量的作用时间；
34、步骤s102，计算系统在k+2时刻的状态；
35、步骤s103，计算代价函数g；
36、步骤s104，判断代价函数g<gopt，若为是，则执行步骤s105；否则返回步骤s101；
37、步骤s105，更新gopt＝g，结束第j个第二次预测。
38、更加优选地，所述步骤s102中，计算系统在k+本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种孤岛微电网的三矢量MPC两步预测系统，该系统包括多台并联的固态变压器，其特征在于，所述系统还包括与固态变压器连接的等效馈线，所述等效馈线包括虚拟电感、外接电感和线路阻抗；所述系统采用基于等效馈线的多环控制策略与两步加速预测的三矢量MPC控制相结合的系统控制策略。
2.根据权利要求1所述的一种孤岛微电网的三矢量MPC两步预测系统，其特征在于，所述的基于等效馈线的多环控制策略具体为：先进行等效馈线计算得到初始等效电阻Req和初始等效电抗Xeq，再计算等效馈线上的压降Ucom，将其引入下垂控制中进行改进得到ucom，最后通过自适应虚拟阻抗控制得到Uo。
3.根据权利要求2所述的一种孤岛微电网的三矢量MPC两步预测系统，其特征在于，所述的两步加速预测的三矢量MPC控制具体为：通过自适应虚拟阻抗控制输出的Uo作为输入调制信号，离散化处理后，进行第一次预测，判定扇区所在位置，然后进行第二次预测，任一选择所在扇区位置中的三个矢量进行组合，确定每个矢量的作用时间；两步预测完成后，确定最小代价函数，实现延时补偿，输出最优开关状态。
4.根据权利要求2所述
5.根据权利要求3所述的一种孤岛微电网的三矢量MPC两步预测系统，其特征在于，所述的虚拟阻抗ZV(s)设计为电阻-电感式：
6.一种采用权利要求1所述的孤岛微电网的三矢量MPC两步预测系统的方法，该方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，采样数据处理具体为：第k时刻进行电压电流采样，对其进行Clark变化和欧拉离散化处理，分别得到uαβ(k)和iαβ(k)作为输入；
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，对系统进行第一次预测的第i次迭代具体为：
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，对系统进行第二次预测的第j次迭代的过程包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤S102中，计算系统在k+2时刻的状态具体为：系统在k+2时刻的状态变量矩阵的计算公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种孤岛微电网的三矢量mpc两步预测系统，该系统包括多台并联的固态变压器，其特征在于，所述系统还包括与固态变压器连接的等效馈线，所述等效馈线包括虚拟电感、外接电感和线路阻抗；所述系统采用基于等效馈线的多环控制策略与两步加速预测的三矢量mpc控制相结合的系统控制策略。
2.根据权利要求1所述的一种孤岛微电网的三矢量mpc两步预测系统，其特征在于，所述的基于等效馈线的多环控制策略具体为：先进行等效馈线计算得到初始等效电阻req和初始等效电抗xeq，再计算等效馈线上的压降ucom，将其引入下垂控制中进行改进得到ucom，最后通过自适应虚拟阻抗控制得到uo。
3.根据权利要求2所述的一种孤岛微电网的三矢量mpc两步预测系统，其特征在于，所述的两步加速预测的三矢量mpc控制具体为：通过自适应虚拟阻抗控制输出的uo作为输入调制信号，离散化处理后，进行第一次预测，判定扇区所在位置，然后进行第二次预测，任一选择所在扇区位置中的三个矢量进行组合，确定每个矢量的作用时间；两步预测完成后，确定最小代价函数，实现延时补偿，输出最优开关状态。
4.根据权利要求...
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