[发明专利]基于邻域通信的多光伏电站协同调频系统及控制方法

权利要求书

1.基于邻域通信的多光伏电站协同调频系统的控制方法，其特征在于，基于邻域通信的多光伏电站协同调频系统，包括光伏电站和电网，若干个光伏电站连接到电网，光伏电站包括光伏阵列和并网逆变器；

并网逆变器包括光伏输出端、负载电阻、负载电感和开关S₁～S₆；开关S₁～S₆两两串联形成开关组，三个开关组并联连接，光伏输出端并联在开关组上；每个开关组之间均依次连接有负载电阻和负载电感；

并网逆变器中开关的状态由S_a、S_b、S_c开关信号来表示，定义为：

由此确定输出电压的值：

v_iN＝S_iV_dc，i＝a,b,c式4

V_dc光伏输出端直流电压

输出电压矢量定义为：

其中，单位矢量表示在相间的120°的相位差，v_aN、v_bN、v_cN是并网逆变器a，b，c相 的输出电压；

得到每相负载电流动态方程：

v_nN是电网中性点n到并网逆变器低电位点N两个点电位差；

将式6代入式5中得到

其中，负载电流矢量电网电压矢量v是并网逆变器输出电压矢量；i_a、i_b、i_c分别为三相输出电流，e_a、e_b、e_c为电网电压，R、L分别为负载电阻和电感；包括以下步骤：

步骤1，在上层控制中，测得电网频率信息f后，上层控制器通过有功-频率下垂系数，计算得到多个光伏电站的总参考有功功率P_ref；

步骤2，各光伏电站首先通过最大功率点跟踪法测出当前环境条件下各自的最大允许输出功率，并在通信网络中利用平均一致算法得出多个光伏电站总可用最大允许输出功率P_maxsum；

步骤3，上层控制器根据光伏电站的总参考有功功率P_ref及总可用最大允许输出功率P_maxsum算出一致参考功率利用率α^*，并将其传给某一个光伏电站；

步骤4，在通信网络中利用一致性算法使各光伏电站的功率利用率跟踪一致参考功率利用率，各光伏电站再由各自的最大允许输出功率及功率利用率计算出各自的参考出力P_refPV，并传给各自的下层并网逆变器控制模块；

步骤5，在下层并网逆变器控制中，对并网逆变器建模后，通过预测模型对并网逆变器不同开关状态下输出的电压矢量进行评估，选择使目标函数值取到最小的一组开关状态并应用于下一时刻，以此方式实现并网逆变器输出电流跟踪参考电流，使光伏电站输出功率跟踪各自的参考出力，实现对光伏电站的控制。

2.根据权利要求1所述的基于邻域通信的多光伏电站协同调频系统的控制方法，其特征在于，步骤1中的频率下垂控制算法如式：

f-f₀＝-k(P-P₀)

其中f₀和P₀分别为电网频率的额定值和光伏总额定输出功率，取f₀＝50Hz；f和P分别为电网频率和多个光伏总输出功率；k为下垂系数，取k＝2％～7％。

3.根据权利要求1所述的基于邻域通信的多光伏电站协同调频系统的控制方法，其特征在于，平均一致算法具体为：

首先对于光伏模块系统的通信拓扑对应的N阶有向图，邻接矩阵定义为

其中a_ij为对应边的连接权重；度矩阵定义为D＝diag{d₁,d₂,…,d_N}，其中d_i，i＝1,2,3···N为邻接矩阵中对应行的元素之和；拉普拉斯矩阵定义为L＝D-A＝{l_ij}；

然后对于一个连续时间的协同控制系统，各节点状态的动态为如下形式：

其中x_i为状态变量，u_i为控制变量；各节点根据自身状态与接收到的邻居节点状态采取控制策略：控制变量为自身状态和接受到的邻居状态的误差的加权和，即：

节点的状态的动态写为矩阵形式：

其中，x＝[x₁,...,x_N]^T；各节点的状态在经过足够多次的迭代计算后会收敛至同一值；当系统的通信拓扑图为平衡图时，收敛后的一致状态x*为各节点初始状态的平均值，此时一致性算法称为平均一致算法。