一种计及最大功率点的新能源场站自组网运行控制方法

本发明涉及新能源场站功率控制领域，特别是一种计及最大功率点的新能源场站自组网运行控制方法。

背景技术：

1、大力发展可再生能源已经成为全球能源转型和应对气候变化的重大战略方向和一致宏大行动。由于光伏和风电等随机性、间歇性和波动性强的特点，存在不同于传统发电形式的诸多新问题，这两种新能源发电受到广泛关注和研究。新能源的位置分散性和能量波动性致使其无法集中规模发电，分布式发电(distributed generation，dg)技术以其发电方式灵活、高效环保等优点成为一种管理新能源的方案。微电网自组网是分布式发电一种前景广阔的利用方式，高比例新能源、高比例电力电子设备接入的新型电力系统已经形成，新能源微电网的建设是应对新型电力系统的有效方式。随着高渗透率新能源发电并网规模不断扩大，同步发电机的减少必然导致电力系统惯量和阻尼逐渐降低，进而带来电力稳定性问题，自同步电压源控制是提高新能源对电网主动支撑能力的有效手段。

2、光伏等新能源发电具有随机性和间歇性，新能源机组的输出功率受到外界环境和负载的影响。为尽量保证不同的工况下均能高效利用光伏能量，最大功率点跟踪(maximumpowerpoint tracking，mppt)控制技术作为一种较好的解决方式被广泛采用。光伏电池输出功率是外界温度、日照强度等因素的非线性函数，在同一外部环境下，光伏电池存在唯一最大功率输出点。在一天不同的时间，分布式光伏的最大功率点不同，即光伏电站出力不同。

3、在微电网协同控制中，提出了各种控制算法，如中国专利公开号cn112701729b公开了一种基于边缘计算的微电网分布式协同控制系统及方法，利用通信及多边缘计算节点将二次控制所得到的控制决策命令发送到微电网dg的下垂控制中实现微电网频率同步稳定到参考值。现有研究中机组的功率控制多按照机组额定容量进行功率分配，如中国专利公开号cn108448597b公开了一种基于分布式协同控制的微网功率平衡和环流抑制控制方法，设计了一级和二级控制层，实现微网多逆变器功率均分环流抑制的分布式控制，其功率分配未考虑实际情况下的新能源电站出力能否达到额定容量或与额定容量的比例一致。要实现分布式新能源电站的系统功率控制更应贴合实际，需要一种将最大功率点信息考虑到控制策略中的功率协调控制方法。孤岛模式下，根据负载需求，多分布式新能源依据自身最大功率之比合理输出有功功率，为负载供电。受外界环境的影响，存在额定功率大但最大功率点低的情况，因此考虑实际新能源应用场景下，需要重新设计功率控制，以优化多自同步电压源的有功出力。

技术实现思路

1、针对现有功率控制方法的不足，本发明的目的是提供一种计及最大功率点的新能源场站自组网运行控制方法，本发明提供的方法可以实现新能源交流微电网孤岛运行下各台机组有功出力根据实际最大功率输出情况合理输出、无功功率按照设备容量合理输出、输出频率额定、输出电压幅值的平均值达到额定值，为微电网群的安全稳定运行提供指导。

2、为实现上述技术目标，本发明提出的一种计及最大功率点的新能源场站自组网运行控制方法的主要部分包括最大功率点自适应算法、多智能体一致性算法和自同步电压源算法。

3、最大功率点自适应算法由自适应系数k组成，根据分布式新能源实际最大有功出力pmppt占机组额定容量p′ref的比例与额定有功频率下垂系数dpref的乘积确定自适应系数k。以额定容量p′ref下的下垂系数dpref为参考，可以一定程度上减少一致性算法的权重系数变动，自适应系数k的表达式为

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5、多自同步电压源系统在稳态运行时各机组输出频率相同，因此有功频率控制能够实现自同步电压源间有功功率按照设备容量的比例分配。线路阻抗的存在导致各台机组输出电压不同，无功功率的分配存在误差。为了克服线路阻抗对功率分配的影响，补偿电压和频率缺额，引入多智能体一致性算法。当交流微电网中各处电压都控制在额定值时，可通过改变电压相角改变无功功率分配，但此时系统有功功率和无功功率的调节都依靠电压相角的改变，使系统的调节性能变差，在发生较大功率扰动时易失稳。因此多智能体一致性算法的控制目标是恢复平均母线电压到额定值，有功功率和无功功率合理输出，频率恢复到额定值。

6、多智能体一致性算法的具体实现过程：

7、最大输出功率约束下一致性频率控制根据一致性算法实现，通过交换新能源多自同步电压源相邻机组i和j的有功功率pi和pj以及一致性算法中引入的中间变量γpi和γpj，与节点i有通信连接的节点组成集合ni，通过权重系数ap、bp、cp对有功功率控制和频率恢复控制进行组合得到二次频率控制信号ωpi。计及最大功率点输出的一致性频率控制以公式(1)计算得到的自适应系数k对有功功率进行归一化并将归一化后的有功功率作为一致性控制目标，考虑最大功率约束下的合理出力，原有控制已经实现频率的额定输出，因此对有功控制部分进行改进，以自适应系数代替原有下垂系数。计及最大功率输出的一致性频率控制表示为

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9、一致性电压控制单元包括无功功率的一致性控制和电压恢复控制，相邻通信的两机组间进行归一化无功功率q和中间变量γq的通信，表达式为

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11、自同步电压源控制具体实现过程包括：

12、功率计算单元根据瞬时功率理论计算实现，将采集到的三相电压电流信号vabc和iabc经过park变换到dq坐标系下得到vdq和idq，然后使用瞬时功率理论计算并经过截止频率为ωc低通滤波后得到逆变器输出的有功功率p和无功功率q。瞬时功率计算表达式为

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14、有功频率环控制单元模拟了同步发电机中的惯性和一次调频特性，根据同步发电机的转子运动方程确定有功频率环的数学表达式，以公式(4)计算得到的有功功率p为输入，同步相位θ为输出，在最大功率输出约束下，公式(2)得到的二次频率控制叠加在自同步电压源算法的有功频率控制单元上，表达式为

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16、其中，pref为有功功率的参考值；p为电磁功率；dp为有功频率下垂系数；ω为自同步电压源的角频率；ωn为额定角频率；j为虚拟转动惯量。

17、无功电压环控制单元模拟了同步发电机的一次调压特性，以公式(4)计算得到的无功功率为输入，输出电压为反馈，参考电压为输出，公式(3)得到的二次电压控制uq叠加在自同步电压源算法的无功电压控制单元上，表达式为

18、

19、其中，qref为无功功率的参考值；q为输出无功功率；dq为无功电压下垂系数；vom为输出电压幅值；vn为额定电压幅值。

20、参考电压生成单元由公式(5)计算得到的相位θ和公式(6)计算得到的幅值em组成，可得到参考电压eabc表达式为

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22、虚拟阻抗控制单元模拟同步发电机的电枢电阻ra和同步电感ld的定子电气特性。依据同步电机内电势eabc、定子电流和机端电压vabc的关系式确定了该单元的控制方程，表达式为

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24、电流环控制单元是在dq坐标系下，公式(8)计算得到的电感电流参考信号与实际电感电流差值经过pi控制后，叠加输出电压的dq轴分量，考虑dq分量解耦的控制方式，表达式为

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26、其中，为svpwm驱动控制的调制信号，为前级虚拟阻抗控制得到的电流环参考值，ildq为lc滤波器的滤波电感电流dq轴分量，vdq为逆变器输出电压的dq轴分量，lf为lc滤波器的滤波电感值，kpi和kii为电流环pi控制器的控制参数。

27、根据本发明的又一个方面，本发明提供了一种设备，所述设备包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行如上述所述的一种计及最大功率点的新能源场站自组网运行控制方法。

28、根据本发明的又一个方面，本发明提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如上述所述的一种计及最大功率点的新能源场站自组网运行控制方法。

29、本发明的有益效果：

30、该计及最大功率点的新能源场站自组网运行控制方法，考虑实际最大功率输出的约束，通过最大输出功率占额定功率的比例优化下垂系数，并作为多智能体一致性算法中的控制系数对有功功率归一化，多智能体一致性算法得到的二次控制量叠加在自同步电压源算法的功率外环上，在实际输出最大功率约束下自同步电压源算法输出调制信号，经脉宽调制驱动逆变器开关管通断，实现计及最大功率点的新能源多自同步电压源组网运行协调控制。