CN110350507B

CN110350507B - 直流微网等效电容确定方法、装置及计算机可读存储介质

Info

Publication number: CN110350507B
Application number: CN201910707660.6A
Authority: CN
Inventors: 王毅; 宋美琪; 孟建辉
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2019-08-01
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2020-11-03
Anticipated expiration: 2039-08-01
Also published as: CN110350507A

Abstract

本发明适用于微电网技术领域，提供了一种直流微网等效电容确定方法、装置及计算机可读存储介质，该方法包括：获取直流微网的虚拟电容；根据所述虚拟电容及预先确定的直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系计算得到直流微网的等效电容。本发明定义与对直流微网端口换流器施加虚拟电容控制模拟出的的充放电特性效果相同的实际电容值为等效电容，根据虚拟电容与预先确定的虚拟电容与等效电容之间的对应关系计算得到直流微网的等效电容，可对虚拟电容控制模拟出的电容稳压效果进行一个定量分析。

Description

直流微网等效电容确定方法、装置及计算机可读存储介质

技术领域

本发明属于微电网技术领域，尤其涉及一种直流微网等效电容确定方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术

在直流微网中，系统发生扰动而改变原有的功率平衡时，对风电、储能及交流主网等功率可双向流动的端口换流器施加虚拟电容控制，可使换流器模拟出电容充放电特性，承担功率调节任务，为直流微网提供惯性支撑。

而现有技术中缺乏对虚拟电容控制模拟出的电容稳压效果的定量分析。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种直流微网等效电容确定方法、装置及计算机可读存储介质，以解决现有技术中缺乏对虚拟电容控制模拟出的电容稳压效果的定量分析的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种直流微网等效电容确定方法，包括：

获取直流微网的虚拟电容；

根据虚拟电容及预先确定的直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系计算得到直流微网的等效电容。

本发明实施例的第二方面提供了一种直流微网等效电容计算装置，包括：

虚拟电容获取模块，用于获取直流微网的虚拟电容；

等效电容计算模块，用于根据虚拟电容及预先确定的直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系计算得到直流微网的等效电容。

本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如本发明实施例第一方面提供的直流微网等效电容确定方法的步骤。

本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例第一方面提供的直流微网等效电容确定方法的步骤。

本发明实施例定义与对直流微网端口换流器施加虚拟电容控制模拟出的的充放电特性效果相同的实际电容值为等效电容，根据虚拟电容与预先确定的虚拟电容与等效电容之间的对应关系计算得到直流微网的等效电容，可对虚拟电容控制模拟出的电容稳压效果进行一个定量的分析。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的直流微网的拓扑结构示意图；

图2(a)和图2(b)为负荷波动下交流主网与储能端功率调节变化示意图；

图3为负荷波动下功率调节分配比例对比图；

图4是本发明实施例提供的一种直流微网等效电容确定方法的实现流程示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种直流微网等效电容确定方法的实现流程示意图；

图6是本发明实施例提供的再一种直流微网等效电容确定方法的实现流程示意图；

图7是虚拟电容与等效电容对应关系拟合结果图；

图8是拟合曲线验证结果图；

图9是储能端并联等效电容时功率调节分配比例对比图；

图10是本发明实施例提供的一种直流微网等效电容计算装置的示意图；

图11是本发明实施例提供的另一种直流微网等效电容计算装置的示意图；

图12是本发明实施例提供的又一种直流微网等效电容计算装置的示意图；

图13是本发明实施例提供的终端设备的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

首先对直流微网的功率调节规律进行探究。

本发明实施例中选用包括风机、光伏、储能、交流主网及交、直流负荷的六端直流微网为研究对象，其拓扑结构如图1所示。其中C₁至C₆均为DC Link电容(直流支撑电容器)，C_G和C_B为实际电容。K_SST为固态切换开关，用于控制直流微网系统的并离网模式切换，T₁为变压器。其中，风机、光伏两发电端采用最大功率追踪控制，交、直流负荷侧可直接控制投切，交流主网侧及储能侧采用传统下垂控制，且下垂系数相同。

针对图1所示六端直流微网，通过控制负荷的投切，使得直流微网中的功率平衡发生改变，并观察此时交流主网与储能侧承担功率调节任务的实际比例情况。图2(a)所示为负荷侧功率波动情况，设定3秒时负荷突增；图2(b)为此时储能侧及交流主网侧功率调节变化情况，曲线P_G和P_B分别表示储能侧及交流主网侧的功率响应曲线，A点为暂态功率最大值点，此时对应的交流主网侧功率点B点即为惯性响应点。则系统发生扰动时，各端功率调节变化量以上述两点为基准点。

类比于交流电网功率调节按照各端惯性进行分配，本文提出在直流微网中，各端进行功率调节时也按照电容值的大小来进行分配，在交流主网端并联电容C_G，在储能端并网处并联电容C_B，两电容值及其比值设定如表1所示。

表1交流主网端与储能端并联电容值及其比例

序号	C<sub>G</sub>/F	C<sub>B</sub>/F	△C<sub>G/B</sub>
				1	0.3	0.3	1
2	0.4	0.5	0.8
				3	0.3	0.4	0.75
4	0.4	0.6	0.6667
				5	0.3	0.5	0.6
6	0.3	0.6	0.5
				7	0.5	0.4	1.25
8	0.4	0.3	1.3333
				9	0.6	0.4	1.5
10	0.5	0.3	1.6667
				11	0.6	0.3	2

待系统稳定运行后设置扰动，则功率调节分配比例如图3所示。图3中曲线△C_G/B表示并网侧与储能侧所设置的电容值之比，曲线△P_1G/B表示并网侧与储能侧在扰动发生时的功率变化量之比。改变光伏侧电容C₂的值且其他工况不变，可得到图3所示的曲线△P_2G/B，相较于仅描述两端间功率调节分配情况的曲线△P_1G/B，曲线△P_2G/B则可表示多端功率调节分配情况。

由图3可知，曲线△C_G/B与曲线△P_1G/B、曲线△P_2G/B基本吻合，虽存在一定误差，但基本趋势一致，由此可知，在两端及多端情况下，系统发生扰动时各端的功率调节基本按照电容值比例进行分配。

在直流微网中，系统发生扰动而改变原有的功率平衡时，对风电、储能及交流主网等功率可双向流动的端口采用换流器施加虚拟电容控制，可使换流器模拟出电容充放电特性以抑制直流电压突变，承担功率调节任务，为微网提供惯性支撑。定义与该控制所模拟出的“电容充放电特性”效果相对应的实际电容为虚拟电容控制的等效电容，可用于定量的评价虚拟电容模拟出的电容的稳压效果。

参考图4，本发明实施例提供一种直流微网等效电容确定方法，包括：

步骤S101，获取直流微网的虚拟电容。

当系统发生扰动使得直流母线电压波动程度超过阈值时，虚拟电容值为一个动态值，时刻随着直流电压变化率的改变而进行调节。

其中，C_V为直流微网的虚拟电容值，C_V0为固定电容值，du_dc/dt为直流母线电压变化率，k₁和k₂为常数，Th为直流母线电压变化率的阈值。

步骤S102，根据所虚拟电容及预先确定的直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系计算得到直流微网的等效电容。

一些实施例中，参考图5，在步骤S102之前，上述方法还包括：

步骤S103，确定所述直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系。

一些实施例中，参考图6及图7，步骤S103可以包括：

步骤S1031，获取预设的虚拟电容序列，并根据所述虚拟电容序列仿真得到所述虚拟电容序列对应的等效电容序列。

一些实施例中，为了便于计算，可以采用固定电容值C_V0代替动态变化的虚拟电容值C_V。预设的虚拟电容序列即为固定电容序列。例如，预设的虚拟电容序可以为10～300之间均匀变化的30个数据点。

根据预设的均匀变化的虚拟电容序列仿真得到虚拟电容序列对应的等效电容序列。

步骤S1032，根据所述虚拟电容序列及所述等效电容序列建立虚拟电容与等效电容之间的对应关系模型。

步骤S1033，根据所述对应关系模型拟合得到所述直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系。

拟合即把平面上一系列的点，用一条光滑的曲线连接起来，并用函数表示该曲线。步骤S1033即根据对应关系模型拟合得到直流微网的虚拟电容与等效电容之间的函数关系。

一些实施例中，步骤S1033可以包括：

根据所述对应关系模型，采用有理数逼近法拟合得到所述直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系。

一些实施例中，直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系，包括：

其中，C为直流微网的等效电容值，C_v为直流微网的虚拟电容值。

由图7可知，上述公式2对应的函数关系曲线与实际数据点之间的和方差SSE为0.1823，标准差R-square为0.993，校正后决定系数Adjusted R-square为0.9916，标准差RMSE仅为0.027。由此可知，该函数关系曲线能够较好的描述直流微网的等效电容与虚拟电容之间对应关系。

由图7可知，等效电容随着虚拟电容数值的增大，整体呈现增大趋势，由于虚拟电容值为虚拟电容控制过程中的一个中间变量，仍需经过变换、计算等步骤，因而等效电容与虚拟电容之间的函数曲线不是严格的直线，存在一定波动，即所拟合得到的函数关系可近似描述采用虚拟电容控制时，等效电容与虚拟电容的对应关系。

为验证直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系的正确性，仍采用如图2所示的包括交流主网端、蓄电池储能端、风机及光伏发电端以及交、直流负荷端的六端直流微网模型进行验证，其中风机和光伏两发电端运行于最大功率追踪模式，蓄电池储能端则采用定功率控制方法，交、直流负荷侧则可直接进行投切。以交流主网侧端口换流器为研究对象，当系统发生扰动时，将对其施加灵活虚拟电容控制与端口并联等效电容两种情况下的有功功率调节效果进行对比，进而找到与虚拟电容值功率调节作用“等效”的等效电容值。

虚拟电容值区间为[10,300]，在该区间内、外各取3个点对拟合结果进行验证，即C_v＝C_v0分别为65、165、255、320、380及450，验证结果如图8所示。虚拟电容与等效电容形成的离散数据点基本与上述直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系曲线相吻合，上述6个离散数据点的误差平方和仅为0.019，即曲线拟合效果较好。

同时，按照上述直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系对等效电容值进行计算，参考图9，曲线△C_G/B仍表示并网侧与储能侧电容值之比，曲线△P_G/B为两端均在端口处并联等效电容时的功率变化量之比，而曲线△P_{G/B_VA}则表示并网侧采用虚拟电容控制，储能侧并联等效电容时两端的功率变化量之比。由图9可知，曲线△P_G/B与曲线△C_G/B较为吻合，曲线△P_{G/B_VA}与曲线△P_G/B及曲线△C_G/B间存在偏差，但整体趋势一致，误差不大，因而进一步验证了所拟合的虚拟电容与等效电容间的对应关系的正确性，并再次验证了直流微网中功率调节任务按照电容值进行分配。

上述发明实施例定义与对直流微网端口换流器施加虚拟电容控制模拟出的的充放电特性效果相同的实际电容值为等效电容，根据虚拟电容与预先确定的虚拟电容与等效电容之间的对应关系计算得到直流微网的等效电容，可对虚拟电容控制模拟出的电容稳压效果进行一个定量的分析。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

对应于上文实施例提供的一种直流微网等效电容确定方法，图10示出了本发明实施例提供的一种直流微网等效电容计算装置200的示意图。如图10所示，该装置200可以包括：

虚拟电容获取模块201，用于获取直流微网的虚拟电容；

等效电容计算模块202，用于根据虚拟电容及预先确定的直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系计算得到直流微网的等效电容。

一些实施例中，参考图11，直流微网等效电容计算装置200还可以包括：

对应关系确定模块203，用于确定直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系。

一些实施例中，直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系，可以包括：

其中，C为直流微网的等效电容，C_v为直流微网的虚拟电容。

一些实施例中，参考图12，对应关系确定模块203可以包括：

仿真单元2031，用于获取预设的虚拟电容序列，并根据虚拟电容序列仿真得到虚拟电容序列对应的等效电容序列。

模型建立单元2032，用于根据虚拟电容序列及等效电容序列建立虚拟电容与等效电容之间的对应关系模型。

拟合单元2033，用于根据对应关系模型拟合得到直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系。

一些实施例中，可以根据所述对应关系模型，采用有理数逼近法拟合得到直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系。

图13是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图13所示，该实施例的终端设备300包括：处理器301、存储器302以及存储在所述存储器302中并可在所述处理器301上运行的计算机程序303，例如直流微网等效电容确定方法的程序。所述处理器301执行所述计算机程序303时实现上述直流微网等效电容确定方法实施例中的步骤，例如图4所示的步骤S101至S102、图5所示的步骤S101至S103或图6所示的步骤S1031至步骤S1033，所述处理器301执行所述计算机程序303时实现上述各装置实施例中各模块的功能，例如图10所示模块201至202的功能。

示例性的，所述计算机程序303可以被分割成一个或多个程序模块，所述一个或者多个程序模块被存储在所述存储器302中，并由所述处理器301执行，以完成本发明。所述一个或多个程序模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序303在直流微网等效电容确定装置200或者终端设备300中的执行过程。例如，所述计算机程序303可以被分割成虚拟电容获取模块201、等效电容计算模块202及对应关系确定模块203，各模块具体功能在此不再一一赘述。

所述终端设备300可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器301、存储器302。本领域技术人员可以理解，图12仅仅是终端设备300的示例，并不构成对终端设备300的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备300还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器301可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器302可以是所述终端设备300的内部存储单元，例如终端设备300的硬盘或内存。所述存储器302也可以是所述终端设备300的外部存储设备，例如所述终端设备300上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器302还可以既包括所述终端设备300的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器302用于存储所述计算机程序以及所述终端设备300所需的其他程序和数据。所述存储器302还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种直流微网等效电容确定方法，其特征在于，包括：

获取直流微网的虚拟电容；

确定所述直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系；

根据所述虚拟电容及预先确定的直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系计算得到直流微网的等效电容；

所述确定所述直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系，包括：

获取预设的虚拟电容序列，并根据所述虚拟电容序列仿真得到所述虚拟电容序列对应的等效电容序列；

根据所述虚拟电容序列及所述等效电容序列建立虚拟电容与等效电容之间的对应关系模型；

根据所述对应关系模型拟合得到所述直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系。

2.如权利要求1所述的直流微网等效电容确定方法，其特征在于，所述根据所述对应关系模型拟合得到所述直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系，包括：

3.如权利要求1所述的直流微网等效电容确定方法，其特征在于，所述直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系，包括：

其中，C为直流微网的等效电容，C_v为直流微网的虚拟电容。

4.一种直流微网等效电容计算装置，其特征在于，包括：

虚拟电容获取模块，用于获取直流微网的虚拟电容；

对应关系确定模块，用于确定所述直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系；

等效电容计算模块，用于根据所述虚拟电容及预先确定的直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系计算得到直流微网的等效电容；

所述对应关系确定模块，包括：

仿真单元，用于获取预设的虚拟电容序列，并根据所述虚拟电容序列仿真得到所述虚拟电容序列对应的等效电容序列；

模型建立单元，用于根据所述虚拟电容序列及所述等效电容序列建立虚拟电容与等效电容之间的对应关系模型；

拟合单元，用于根据所述对应关系模型拟合得到所述直流微网的虚拟电容与等效电容之间的对应关系。

5.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3任一项所述的直流微网等效电容确定方法的步骤。

6.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述的直流微网等效电容确定方法的步骤。