本发明提供一种分布式电源发电系统的控制方法和控制系统。所述分布式电源发电系统包括N个子隔离三端口变换器和与N个子隔离三端口变换器一一对应的N个独立的分布式直流电源，N为大于1的自然数；每个子隔离三端口变换器的输入端口连接对应的分布式直流电源，双向端口并联连接、构成低压直流母线，输出端口串联连接、再接入中压直流配电网；该控制方法包括：独立控制每个子隔离三端口变换器的输入功率，双向端口和输出端口采用基于虚拟电阻的功率‑电压下垂控制策略，实现每个子隔离三端口变换器的双向端口电压的稳定控制和输出端口电压的均压控制，实现模块化设计，为将分布式电源发电系统接入中压直流配电网提供一种可行的技术方案。
分布式电源发电系统的控制方法和控制系统
技术领域
[0001] 本发明涉及直流供电系统领域，具体地，涉及一种分布式电源发电系统的控制方法和控制系统。
背景技术
[0002] 近年来，光伏、风电等分布式新能源成为缓解能源危机和改善环境污染问题的有效途径，但是由于光伏等分布式电源的输出为直流且电压较低，因此将其接入交流大电网需要经过多级的功率变换并且需要笨重的工频变压器。而与交流大电网相比，中压直流配电网可以更好地接纳分布式直流电源和直流负荷。将分布式电源发电系统输出的直流电接入中压直流配电网，不仅可以减少功率变换环节，提高电力系统中新能源发电渗透率和运行效率，而且可以显著提高配电网的可靠性和设备利用率，降低并网系统的复杂性，因此接入中压直流配电网的分布式电源发电系统得到了越来越多的关注。
[0003] 与现有中压交流配电网相对应的中压直流配电网，其母线电压将达到15kV左右，可以采用多个直流/直流(DC/DC)接口变换器输出侧串联的结构，来减小接口变换器输出侧的器件电压应力。如文献“A.I.Bratcu,I.Munteanu,S.Bacha,D.Picault,and B.Raison,“Cascaded DC-DC Converter Photovoltaic Systems:Power Optimization Issues,”IEEE Transactions on Industrial Electronics,vol.58,no.2,pp.403–411,February,2011.”就采用了多个DC/DC接口变换器输出侧串联的结构。在上述文献所公开的技术方案中，每个接口变换器的输入端口分别连接独立的分布式电源，理论上可以实现各分布式电源的独立控制。然而，由于各接口变换器的输出端口串联连接，每个模块的输出电压正比于其输入功率，因此分布式电源的独立控制将会导致各接口变换器的输出端口不均压。因此，为了避免接口变换器输出侧的器件电压应力过高，就不能对每个分布式电源实施独立控制，也就无法使得整个系统以最大功率输出。公开号为CN105553273A的专利申请中也采用了多个变换器输出串联的结构，虽然其同时实现了各变换器输入端口连接的分布式电源的独立控制和输出端口的均压控制，但是在上述申请所公开的技术方案中，每一时刻只有一个变换器输出端口向直流母线传递功率，其他所有变换器的输出端口的反并联二极管导通、不向直流母线传递功率，因此每个变换器输出侧的器件电压应力等于直流母线电压，失去了输出侧串联结构可以减小器件电压应力的优势，不适用于分布式电源接入中压直流配电网的应用场合。
[0004] 因此，需要提供一种接入中压直流配电网的分布式电源发电系统的控制方法，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。
发明内容
[0005] 为了至少部分地解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供一种分布式电源发电系统的控制方法。所述分布式电源发电系统包括N个子隔离三端口变换器和与所述N个子隔离三端口变换器一一对应的N个独立的分布式直流电源，N为大于1的自然数；每个子隔离三端口变换器包括一个输入端口、一个双向端口和一个输出端口，其中，每个子隔离三端口变换器的输出端口与输入端口是电气隔离的，每个子隔离三端口变换器的输出端口与双向端口是电气隔离的；每个子隔离三端口变换器的输入端口连接对应的分布式直流电源，所述N个子隔离三端口变换器的双向端口并联连接并构成低压直流母线，所述N个子隔离三端口变换器的输出端口串联连接并接入中压直流配电网；
[0006] 所述控制方法包括：
[0007] 步骤S1：对于所述N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器，根据在该子隔离三端口变换器的输入端口处采样获得的输入端口电压和输入端口电流，独立控制该子隔离三端口变换器的输入功率；
[0008] 步骤S2：对于所述N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器，根据该子隔离三端口变换器的输入端口电压和输入端口电流计算该子隔离三端口变换器的输入功率；
[0009] 步骤S3：获得所述N个子隔离三端口变换器的平均输出功率；
[0010] 步骤S4：根据以下公式计算所述N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器的新输出端口基准电压：
[0011] Vo_nrefi＝Vo_refi-k1_i·Pavg，
[0012] 其中，i＝1,2,…N，Vo_nrefi是第i个子隔离三端口变换器的新输出端口基准电压，Vo_refi是第i个子隔离三端口变换器的预设输出端口基准电压，k1_i是第i个子隔离三端口变换器所对应的第一预设比例系数，Pavg是所述平均输出功率；
[0013] 步骤S5：对于所述N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器，计算该子隔离三端口变换器的输入功率与所述平均输出功率之差，以获得该子隔离三端口变换器的双向端口功率；
[0014] 步骤S6：根据以下公式计算所述N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器的新双向端口基准电压：
[0015] Vb_nrefi＝Vb_refi-k2_i·Pb_i，
[0016] 其中，i＝1,2,…N，Vb_nrefi是第i个子隔离三端口变换器的新双向端口基准电压，Vb_refi是第i个子隔离三端口变换器的预设双向端口基准电压，k2_i是第i个子隔离三端口变换器所对应的第二预设比例系数，Pb_i是第i个子隔离三端口变换器的双向端口功率；
[0017] 步骤S7：对于所述N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器，将在该子隔离三端口变换器的输出端口处采样获得的输出端口电压和该子隔离三端口变换器的新输出端口基准电压相比较，以获得输出端口误差信号；
[0018] 步骤S8：对于所述N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器，将在该子隔离三端口变换器的双向端口处采样获得的双向端口电压和该子隔离三端口变换器的新双向端口基准电压相比较，以获得双向端口误差信号；以及
[0019] 步骤S9：对于所述N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器，基于该子隔离三端口变换器的输出端口误差信号和双向端口误差信号调节该子隔离三端口变换器的双向端口电压和输出端口电压。
[0020] 示例性地，所述步骤S9包括：
[0021] 对于所述N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器，
[0022] 将该子隔离三端口变换器的输出端口误差信号作为与该子隔离三端口变换器对应的输出电压调节器的输入，并将该子隔离三端口变换器的双向端口误差信号作为与该子隔离三端口变换器对应的双向端口电压调节器的输入；
[0023] 将与该子隔离三端口变换器对应的输出电压调节器的输出信号和与该子隔离三端口变换器对应的双向端口电压调节器的输出信号相叠加，以获得控制信号；以及
[0024] 通过所述控制信号调节该子隔离三端口变换器的双向端口电压和输出端口电压。
[0025] 示例性地，所述步骤S3包括：
[0026] 对所述N个子隔离三端口变换器的输入功率求平均，以获得所述平均输出功率。
[0027] 示例性地，所述步骤S3包括：
[0028] 对于所述N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器，根据在该子隔离三端口变换器的输出端口处采样获得的输出端口电压和输出端口电流计算该子隔离三端口变换器的输出功率；以及
[0029] 对所述N个子隔离三端口变换器的输出功率求平均，以获得所述平均输出功率。
[0030] 示例性地，所述步骤S1包括：
[0031] 对于所述N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器，根据该子隔离三端口变换器的输入端口电压和输入端口电流进行最大功率点跟踪，以独立控制该子隔离三端口变换器的输入功率。
[0032] 示例性地，所述N个子隔离三端口变换器的预设输出端口基准电压相同，所述N个子隔离三端口变换器的预设双向端口基准电压相同，所述N个子隔离三端口变换器所对应的第一预设比例系数相同，所述N个子隔离三端口变换器所对应的第二预设比例系数相同。
[0033] 示例性地，所述步骤S3采用以下方式实现：
[0034] 将代表每个子隔离三端口变换器的输入功率的电压信号通过电阻输出到同一平均输出功率母线，并接收所述平均输出功率母线输出的、代表所述平均输出功率的电压信号。
[0035] 示例性地，所述步骤S3采用以下方式实现：
[0036] 将代表每个子隔离三端口变换器的输入功率的电压信号传送至第二层控制器，并接收所述第二层控制器返回的所述平均输出功率。
[0037] 根据本发明的另一方面，提供一种分布式电源发电系统的控制系统，其中，所述分布式电源发电系统包括N个子隔离三端口变换器和与所述N个子隔离三端口变换器一一对应的N个独立的分布式直流电源，N为大于1的自然数；每个子隔离三端口变换器包括一个输入端口、一个双向端口和一个输出端口，其中，每个子隔离三端口变换器的输出端口与输入端口是电气隔离的，每个子隔离三端口变换器的输出端口与双向端口是电气隔离的；每个子隔离三端口变换器的输入端口连接对应的分布式直流电源，所述N个子隔离三端口变换器的双向端口并联连接并构成低压直流母线，所述N个子隔离三端口变换器的输出端口串联连接并接入中压直流配电网；
[0038] 所述控制系统包括与所述N个子隔离三端口变换器一一对应的N个子隔离三端口变换器控制器，其中，每个子隔离三端口变换器控制器包括：
[0039] 输入功率控制装置，用于根据在对应的子隔离三端口变换器的输入端口处采样获得的输入端口电压和输入端口电流，独立控制对应的子隔离三端口变换器的输入功率；
[0040] 输入功率计算装置，用于根据对应的子隔离三端口变换器的输入端口电压和输入端口电流计算对应的子隔离三端口变换器的输入功率；
[0041] 平均功率获得装置，用于获得所述N个子隔离三端口变换器的平均输出功率；
[0042] 新输出端口基准电压计算装置，用于根据以下公式计算对应的子隔离三端口变换器的新输出端口基准电压：
[0043] Vo_nrefi＝Vo_refi-k1_i·Pavg，
[0044] 其中，i＝1,2,…N，Vo_nrefi是对应的子隔离三端口变换器的新输出端口基准电压，Vo_refi是对应的子隔离三端口变换器的预设输出端口基准电压，k1_i是对应的子隔离三端口变换器所对应的第一预设比例系数，Pavg是所述平均输出功率；
[0045] 双向端口功率计算装置，用于计算对应的子隔离三端口变换器的输入功率与所述平均输出功率之差，以获得对应的子隔离三端口变换器的双向端口功率；
[0046] 新双向端口基准电压计算装置，用于根据以下公式计算对应的子隔离三端口变换器的新双向端口基准电压：
[0047] Vb_nrefi＝Vb_refi-k2_i·Pb_i，
[0048] 其中，i＝1,2,…N，Vb_nrefi是对应的子隔离三端口变换器的新双向端口基准电压，Vb_refi是对应的子隔离三端口变换器的预设双向端口基准电压，k2_i是对应的子隔离三端口变换器所对应的第二预设比例系数，Pb_i是对应的子隔离三端口变换器的双向端口功率；
[0049] 输出端口误差信号获得装置，用于在对应的子隔离三端口变换器的输出端口处采样获得的输出端口电压和对应的子隔离三端口变换器的新输出端口基准电压相比较，以获得输出端口误差信号；
[0050] 双向端口误差信号获得装置，用于将在对应的子隔离三端口变换器的双向端口处采样获得的双向端口电压和对应的子隔离三端口变换器的新双向端口基准电压相比较，以获得双向端口误差信号；以及
[0051] 电压调节装置，用于基于对应的子隔离三端口变换器的输出端口误差信号和双向端口误差信号调节对应的子隔离三端口变换器的双向端口电压和输出端口电压。
[0052] 示例性地，每个子隔离三端口变换器控制器的电压调节装置包括：
[0053] 输入模块，用于将对应的子隔离三端口变换器的输出端口误差信号作为与该子隔离三端口变换器对应的输出电压调节器的输入，并将对应的子隔离三端口变换器的双向端口误差信号作为与该子隔离三端口变换器对应的双向端口电压调节器的输入；
[0054] 叠加模块，用于将与该子隔离三端口变换器对应的输出电压调节器的输出信号和与该子隔离三端口变换器对应的双向端口电压调节器的输出信号相叠加，以获得控制信号；以及
[0055] 调节模块，用于通过所述控制信号调节该子隔离三端口变换器的双向端口电压和输出端口电压。
[0056] 示例性地，每个子隔离三端口变换器控制器的平均功率获得装置包括：
[0057] 输入平均模块，用于对所述N个子隔离三端口变换器的输入功率求平均，以获得所述平均输出功率。
[0058] 示例性地，每个子隔离三端口变换器控制器的平均功率获得装置包括：
[0059] 输出功率计算模块，用于根据在对应的子隔离三端口变换器的输出端口处采样获得的输出端口电压和输出端口电流计算对应的子隔离三端口变换器的输出功率；以及[0060] 输出平均模块，用于对所述N个子隔离三端口变换器的输出功率求平均，以获得所述平均输出功率。
[0061] 示例性地，每个子隔离三端口变换器控制器的输入功率控制装置包括：
[0062] 最大功率点跟踪模块，用于根据对应的子隔离三端口变换器的输入端口电压和输入端口电流进行最大功率点跟踪，以独立控制该子隔离三端口变换器的输入功率。
[0063] 示例性地，所述N个子隔离三端口变换器的预设输出端口基准电压相同，所述N个子隔离三端口变换器的预设双向端口基准电压相同，所述N个子隔离三端口变换器所对应的第一预设比例系数相同，所述N个子隔离三端口变换器所对应的第二预设比例系数相同。
[0064] 示例性地，每个子隔离三端口变换器控制器的平均功率获得装置包括输出和接收模块，用于将代表对应的子隔离三端口变换器的输入功率的电压信号通过电阻输出到同一平均输出功率母线，并接收所述平均输出功率母线输出的、代表所述平均输出功率的电压信号。
[0065] 示例性地，每个子隔离三端口变换器控制器的平均功率获得装置包括发送和接收模块，用于将代表对应的子隔离三端口变换器的输入功率的电压信号传送至第二层控制器，并接收所述第二层控制器返回的所述平均输出功率。
[0066] 根据本发明实施例的分布式电源发电系统的控制方法和控制系统，可以实现各分布式电源的独立功率控制、每个子隔离三端口变换器的双向端口电压的稳定控制和输出端口电压的均压控制，能够使各分布式电源工作在最大功率输出状态，同时能够有效减小输出侧的器件电压应力。
[0067] 在发明内容中引入了一系列简化的概念，这些概念将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0068] 以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。
附图说明
[0069] 本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
[0070] 图1示出根据本发明一个实施例的、接入中压直流配电网的分布式电源发电系统及其控制系统的示意图；
[0071] 图2示出根据本发明一个实施例的平均输出功率的获得方式的示意图；
[0072] 图3示例性地示出采用根据本发明实施例的控制方法进行控制的分布式电源发电系统的等效示意图；
[0073] 图4示出根据本发明另一个实施例的平均输出功率的获得方式的示意图；
[0074] 图5示出根据本发明一个实施例的、接入中压直流配电网的分布式电源发电系统的结构示意图；
[0075] 图6示出根据本发明一个实施例的子隔离三端口变换器的电路原理图；以及
[0076] 图7a示出根据一个示例的、采用根据本发明实施例的控制方法控制分布式电源发电系统的仿真结果图；以及
[0077] 图7b示出根据另一个示例的、采用根据本发明实施例的控制方法控制分布式电源发电系统的仿真结果图。
[0078] 以下是附图中的符号的意义：Vin_1～Vin_N为第1～N个子隔离三端口变换器的输入端口电压；Iin_1～Iin_N为第1～N个子隔离三端口变换器的输入端口电流；Vb_1～Vb_N为第1～N个子隔离三端口变换器的双向端口电压；Vo_1～Vo_N为第1～N个子隔离三端口变换器的输出端口电压；Io为接入中压直流配电网的分布式电源发电系统的输出电流，即，第1～N个子隔离三端口变换器的输出端口电流；VDC为中压直流配电网电压；vVin_1～vVin_N为代表第1～N个子隔离三端口变换器的输入端口电压的电压信号；vIin_1～vIin_N为代表第1～N个子隔离三端口变换器的输入端口电流的电压信号；vPin_1～vPin_N为代表第1～N个子隔离三端口变换器的输入功率的电压信号；vPavg为代表平均输出功率的电压信号；vVb_1～vVb_N为代表第1～N个子隔离三端口变换器的双向端口电压的电压信号；vVo_1～vVo_N为代表第1～N个子隔离三端口变换器的输出端口电压的电压信号；vIo为代表接入中压直流配电网的分布式电源发电系统的输出电流的电压信号；vPo_1～vVo_N为代表第1～N个子隔离三端口变换器的输出功率的电压信号；vVb_ref为代表每个子隔离三端口变换器的预设双向端口基准电压的电压信号；vVb_nref1～vVb_nrefN为代表第1～N个子隔离三端口变换器的新双向端口基准电压的电压信号；vVo_ref为代表每个子隔离三端口变换器的预设输出端口基准电压的电压信号；vVo_nref1～vVo_nrefN为代表第1～N个子隔离三端口变换器的新输出端口基准电压的电压信号；k1为第一预设比例系数；k2为第二预设比例系数；OVR为输出电压调节器；BVR为双向端口电压调节器；vD_1～vD_N为第1～N个子隔离三端口变换器的输入功率的控制信号； 为第1～N个子隔离三端口变换器的双向端口电压和输出端口电压的控制信号；R为电阻；r为虚拟电阻；RL为等效的线路电阻；S1、S2、S3、S4、S5和S6为开关管；D1、D2为二极管；L1、L2和LE为电感；Cin、Cb、Ca1、Ca2、Co1和Co2为电容；T为变压器；Pin1、Pin2和Pin3分别为第1个、第2个和第3个子隔离三端口变换器的输入功率；t1和t2为时间。
具体实施方式
[0079] 在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本发明。然而，本领域技术人员可以了解，如下描述仅涉及本发明的较佳实施例，本发明可以无需一个或多个这样的细节而得以实施。此外，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0080] 为了解决上述问题，本发明提出一种接入中压直流配电网的分布式电源发电系统的控制方法。通过该控制方法可以实现各分布式电源的独立控制和各变换器的输出端口的均压控制。
[0081] 下面结合附图1至7b对本发明作进一步说明。需注意的是，在信号传递过程中，可以使用电压信号的形式来代表某个数据，例如平均输出功率Pavg可以用电压信号vPavg表示。因此，可以理解，在附图中，电压信号vPavg所代表的含义与平均输出功率Pavg一致。其他类似的电压信号也是一样，不一一赘述。
[0082] 图1示出根据本发明一个实施例的、接入中压直流配电网的分布式电源发电系统及其控制系统的示意图。所述分布式电源发电系统包括N个子隔离三端口变换器(如图1所示的1#子隔离三端口变换器、2#子隔离三端口变换器……N#子隔离三端口变换器)和与N个子隔离三端口变换器一一对应的N个独立的分布式直流电源(如图1所示的Vin_1、Vin_2……Vin_N)，N为大于1的自然数。每个子隔离三端口变换器包括一个输入端口、一个双向端口和一个输出端口，其中，每个子隔离三端口变换器的输出端口与输入端口是电气隔离的，每个子隔离三端口变换器的输出端口与双向端口是电气隔离的。每个子隔离三端口变换器的输入端口连接对应的分布式直流电源，N个子隔离三端口变换器的双向端口并联连接并构成低压直流母线，N个子隔离三端口变换器的输出端口串联连接并接入中压直流配电网。
[0083] 参考图1，示出多个子隔离三端口变换器及各自对应的控制系统。根据本发明实施例的分布式电源发电系统的控制方法由所有子隔离三端口变换器控制系统共同实现。所有子隔离三端口变换器控制系统均针对各自对应的子隔离三端口变换器实现相同的控制过程。
[0084] 根据本发明实施例的分布式电源发电系统的控制方法包括以下步骤：
[0085] 步骤S1：对于N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器，根据在该子隔离三端口变换器的输入端口处采样获得的输入端口电压Vin_i(i＝1,2,…,N)和输入端口电流Iin_i(i＝1,2,…,N)，独立控制该子隔离三端口变换器的输入功率Pin_i(i＝1,2,…,N)。
[0086] 示例性地，步骤S1可以包括：对于N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器，根据该子隔离三端口变换器的输入端口电压Vin_i和输入端口电流Iin_i进行最大功率点跟踪，以独立控制该子隔离三端口变换器的输入功率Pin_i。
[0087] 参考图1所述的1#子隔离三端口变换器，在其输入端口处分别进行电压采样和电流采样，以获得输入端口电压Vin_1和输入端口电流Iin_1。可以基于采样获得的输入端口电压Vin_1和输入端口电流Iin_1进行最大功率点跟踪。利用最大功率点跟踪方式来独立控制1#子隔离三端口变换器的输入功率Pin_1。
[0088] 步骤S2：对于N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器，根据该子隔离三端口变换器的输入端口电压Vin_i和输入端口电流Iin_i计算该子隔离三端口变换器的输入功率Pin_i。
[0089] 步骤S3：获得N个子隔离三端口变换器的平均输出功率Pavg。
[0090] 在一个示例中，步骤S3可以包括：对N个子隔离三端口变换器的输入功率Pin_i求平均，以获得平均输出功率Pavg，即，
[0091]
[0092] 在忽略系统的损耗的情况下，根据功率守恒原理，所有子隔离三端口变换器的输出功率之和等于输入功率之和，因此平均输出功率可以通过对所有子隔离三端口变换器的输入功率求平均来获得。
[0093] 在另一个示例中，步骤S3可以包括：对于N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器，根据在该子隔离三端口变换器的输出端口处采样获得的输出端口电压Vo_i和输出端口电流Io计算该子隔离三端口变换器的输出功率Po_i；以及对N个子隔离三端口变换器的输出功率Po_i求平均，以获得平均输出功率Pavg。本示例中平均输出功率的计算公式如下：
[0094]
[0095] 基于本示例的平均输出功率的获得方式的示意图如附图2所示。图2仅示出1#子隔离三端口变换器所对应的控制器(及其实现的控制方法)的示意图，其他子隔离三端口变换器所对应的控制器(及其实现的控制方法)的原理与1#子隔离三端口变换器所对应的控制器(及其实现的控制方法)类似，不做赘述。
[0096] 参考图2，可以在1#子隔离三端口变换器的输出端口处分别进行电压采样和电流采样，以获得输出端口电压Vo_1和输出端口电流Io。根据输出端口电压Vo_1和输出端口电流Io可以计算1#子隔离三端口变换器的输出功率Po_1。可以理解，由于N个子隔离三端口变换器的输出端口串联连接，因此所有子隔离三端口变换器的输出端口电流是相同的，可以针对N个子隔离三端口变换器仅测量一次输出端口电流。直接根据所有子隔离三端口变换器的输出功率所计算的平均输出功率比较准确。
[0097] 步骤S4：根据以下公式计算N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器的新输出端口基准电压：
[0098] Vo_nrefi＝Vo_refi-k1_i·Pavg (3)
[0099] 其中，i＝1,2,…N，Vo_nrefi是第i个子隔离三端口变换器的新输出端口基准电压，Vo_refi是第i个子隔离三端口变换器的预设输出端口基准电压，k1_i是第i个子隔离三端口变换器所对应的第一预设比例系数，Pavg是平均输出功率。
[0100] 第一预设比例系数k1_i是一个固定的、大于零的系数。
[0101] 如上文所述，忽略系统的损耗，根据功率守恒原理，所有子隔离三端口变换器的输出功率之和等于输入功率之和，即，
[0102] Po＝Pin_1+Pin_2+…+Pin_N (4)
[0103] Po＝Io·VDC (5)
[0104] 其中，Po为N个子隔离三端口变换器的总输出功率，VDC为中压直流配电网电压。根据公式(1)～(5)，可确定在以新输出端口基准电压为基准调节第i个子隔离三端口变换器的输出端口电压时，经调节的输出端口电压为：
[0105]
[0106] 则有
[0107]
[0108] 根据公式(7)，可以获得如附图3所示的采用根据本发明实施例的控制方法进行控制的分布式电源发电系统的等效示意图，其中r为等效的虚拟电阻。在图3中，假设N个子隔离三端口变换器的预设输出端口基准电压Vo_refi相同，统一用Vo_ref表示。从公式(7)及图3可知，每个子隔离三端口变换器的输出端口电压的控制方法可以总结为基于虚拟电阻的功率-电压下垂控制方法。
[0109] 步骤S5：对于N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器，计算该子隔离三端口变换器的输入功率与平均输出功率之差，以获得该子隔离三端口变换器的双向端口功率。
[0110] 根据以下公式计算N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器的双向端口功率：
[0111] Pb_i＝Pin_i-Pavg， (8)
[0112] 其中，i＝1,2,…N，Pb_i是第i个子隔离三端口变换器的双向端口功率。
[0113] 步骤S6：根据以下公式计算N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器的新双向端口基准电压：
[0114] Vb_nrefi＝Vb_refi-k2_i·Pb_i， (9)
[0115] 其中，i＝1,2,…N，Vb_nrefi是第i个子隔离三端口变换器的新双向端口基准电压，Vb_refi是第i个子隔离三端口变换器的预设双向端口基准电压，k2_i是第i个子隔离三端口变换器所对应的第二预设比例系数。
[0116] 第二预设比例系数k2_i是固定的、大于零的系数。
[0117] 在以新双向端口基准电压为基准调节第i个子隔离三端口变换器的双向端口电压时，经调节的双向端口电压为：
[0118] Vb_i＝Vb_nrefi＝Vb_refi-k2_i·Vb·Ib_i＝Vb_refi-Ib_i·rb (10)
[0119] 其中，i＝1,2,…N，Vb_i为第i个子隔离三端口变换器的双向端口电压，Vb为低压直流母线电压，Ib_i为第i个子隔离三端口变换器的双向端口电流，rb为虚拟电阻。
[0120] 与输出端口电压类似地，每个子隔离三端口变换器的双向端口电压的控制方法可以总结为基于虚拟电阻的功率-电压下垂控制方法。
[0121] 步骤S7：对于N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器，将在该子隔离三端口变换器的输出端口处采样获得的输出端口电压Vo_i和该子隔离三端口变换器的新输出端口基准电压Vo_nrefi相比较，以获得输出端口误差信号。
[0122] 步骤S8：对于N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器，将在该子隔离三端口变换器的双向端口处采样获得的双向端口电压Vb_i和该子隔离三端口变换器的新双向端口基准电压Vb_nrefi相比较，以获得双向端口误差信号。
[0123] 步骤S9：对于N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器，基于该子隔离三端口变换器的输出端口误差信号和双向端口误差信号调节该子隔离三端口变换器的双向端口电压和输出端口电压。
[0124] 示例性地，步骤S9可以包括：对于N个子隔离三端口变换器中的每个子隔离三端口变换器，将该子隔离三端口变换器的输出端口误差信号作为与该子隔离三端口变换器对应的输出电压调节器的输入，并将该子隔离三端口变换器的双向端口误差信号作为与该子隔离三端口变换器对应的双向端口电压调节器的输入；将与该子隔离三端口变换器对应的输出电压调节器的输出信号和与该子隔离三端口变换器对应的双向端口电压调节器的输出信号相叠加，以获得控制信号；以及通过控制信号调节该子隔离三端口变换器的双向端口电压和输出端口电压。
[0125] 参考图1，在1#子隔离三端口变换器的输出端口处进行采样，获得其输出端口电压Vo_1。将Vo_1与Vo_nref1相比较，获得输出端口误差信号。随后，可以将该输出端口误差信号输入输出电压调节器(OVR)中。
[0126] 此外，在1#子隔离三端口变换器的双向端口处进行采样，获得其双向端口电压Vb_1。将Vb_1与Vb_nref1相比较，获得双向端口误差信号。随后，可以将该双向端口误差信号输入双向端口电压调节器(BVR)中。
[0127] 将1#子隔离三端口变换器对应的OVR和BVR的输出信号相叠加，获得控制信号用于调节该子隔离三端口变换器的双向端口电压和输出端口电压，以最终实现双向端口的电压稳定控制和输出端口的均压控制。
[0128] 如图1所示，输入功率的控制信号vD_1以及双向端口电压和输出端口电压的控制信号 均输入驱动电路，驱动电路生成相应的驱动信号，子隔离三端口变换器可以在驱动信号的控制下改变各端口的电压和/或电流大小。
[0129] 示例性地，N个子隔离三端口变换器的预设输出端口基准电压Vo_refi相同，N个子隔离三端口变换器的预设双向端口基准电压Vb_refi相同，N个子隔离三端口变换器所对应的第一预设比例系数k1_i相同，N个子隔离三端口变换器所对应的第二预设比例系数k2_i相同。将各子隔离三端口变换器的上述参数设置为相同，可以加快各子隔离三端口变换器的相关运算过程，方便实现对各子隔离三端口变换器的输入功率和输出端口电压的控制。在图1和图2中，所示的分布式电源发电系统与本示例对应，即N个子隔离三端口变换器的预设输出端口基准电压Vo_refi相同，统一采用Vo_ref表示，预设双向端口基准电压Vb_refi相同，统一采用Vb_ref表示，第一预设比例系数k1_i相同，统一采用k1表示，第二预设比例系数k2_i相同，统一采用k2表示。
[0130] 根据一个示例，步骤S3可以采用以下方式实现：将代表每个子隔离三端口变换器的输入功率的电压信号通过电阻输出到同一平均输出功率母线，并接收平均输出功率母线输出的、代表平均输出功率的电压信号。
[0131] 也就是说，可以将每个子隔离三端口变换器的输入功率的电压信号vPin_i(i＝1,2,…N)通过电阻连接在一起，组成平均输出功率母线。所有子隔离三端口变换器对应的电阻大小一致。
[0132] 根据另一个示例，步骤S3可以采用以下方式实现：将代表每个子隔离三端口变换器的输入功率的电压信号传送至第二层控制器，并接收第二层控制器返回的平均输出功率。
[0133] 每个子隔离三端口变换器控制器将代表其所对应的子隔离三端口变换器的输入功率的电压信号vPin_i通过通信方式传送至第二层控制器，第二层控制器经过运算得到平均输出功率，再以通信方式传送至每个隔离三端口变换器控制器，本示例的示意图如附图4所示。
[0134] 根据本发明实施例的控制方法具有如下有益效果：
[0135] (1)、每个子隔离三端口变换器的输入端口连接独立的分布式电源，可以实现各分布式电源的独立功率控制，可以使得各分布式电源工作在最大功率输出状态；
[0136] (2)、每个子隔离三端口变换器的输出端口串联连接，可以减小输出侧的器件电压应力，同时采用本发明提供的控制方法可以实现所有子隔离三端口变换器的输出端口的均压控制，使得每个子隔离三端口变换器输出侧的器件电压应力一致。
[0137] 图5示出根据本发明一个实施例的、接入中压直流配电网的分布式电源发电系统的结构示意图。图6示出根据本发明一个实施例的子隔离三端口变换器的电路原理图。
[0138] 图5示例性地示出由三个子隔离三端口变换器构成的分布式电源发电系统，其中，每个子隔离三端口变换器可以采用如图6所示的电路拓扑结构。每个子隔离三端口变换器的输入端口分别连接太阳能光伏电池，通过调节图6所示的子隔离三端口变换器中的第一至第四开关管(S1～S4)的占空比来实现太阳能光伏电池的最大功率点跟踪控制，通过调节第五和第六开关管(S5、S6)相对于第一至第四开关管(S1～S4)驱动信号的移相角来实现每个子隔离三端口变换器的双向端口的电压稳定控制和输出端口的均压控制。
[0139] 图7a和7b示出采用根据本发明实施例的控制方法控制分布式电源发电系统的仿真结果图。在图7a和7b中，“W/div”是“瓦/格”，表示每格对应多少瓦特的功率，“V/div”是“伏/格”，表示每格对应多少伏特的电压，“ms/div”是“毫秒/格”，表示每格对应多少毫秒。
[0140] 在图7a所示的示例中，在时刻t1之前并未采用本文所述的控制方法，而从时刻t1开始采用本文所述的控制方法控制分布式电源发电系统。从图7a中可以看到，由于各个太阳能光伏电池的输出功率(即对应的子隔离三端口变换器的输入功率)是独立控制的、可以工作在最大功率点，因此每个子隔离三端口变换器所连接的太阳能光伏电池的输出功率是不相同的。如图7a所示，在时刻t1之前，没有应用本文所述的控制方法，此时每个子隔离三端口变换器的输出端口电压与所连接的太阳能光伏电池的输出功率成正比，输出端口电压不能均衡。在时刻t1开始引入本文所述的控制策略，每个子隔离三端口功率变换器的输出端口电压很快达到自动均衡，表明了本文所述的控制方法的有效性。在图7b所示的示例中，始终采用本文所述的控制方法控制分布式电源发电系统。从图7b可以看到，在采用本文所述的控制方法控制分布式电源发电系统的情况下，当某个子隔离三端口变换器的输入功率发生突变时，各个子隔离三端口变换器的输出端口电压仍然能够很好地保持均衡，进一步说明了本文所述控制方法的有效性。
[0141] 分布式电源发电系统的控制系统及其中的每个子隔离三端口变换器控制器可以采用任何合适的硬件、软件和/或固件实现。示例性地，分布式电源发电系统的控制系统及其中的每个子隔离三端口变换器控制器可以采用现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、微控制单元(MCU)或中央处理单元(CPU)等实现。
[0142] 根据本发明另一方面，提供一种分布式电源发电系统的控制系统，其中，分布式电源发电系统包括N个子隔离三端口变换器和与N个子隔离三端口变换器一一对应的N个独立的分布式直流电源，N为大于1的自然数；每个子隔离三端口变换器包括一个输入端口、一个双向端口和一个输出端口，其中，每个子隔离三端口变换器的输出端口与输入端口是电气隔离的，每个子隔离三端口变换器的输出端口与双向端口是电气隔离的；每个子隔离三端口变换器的输入端口连接对应的分布式直流电源，N个子隔离三端口变换器的双向端口并联连接并构成低压直流母线，N个子隔离三端口变换器的输出端口串联连接并接入中压直流配电网。控制系统包括与N个子隔离三端口变换器一一对应的N个子隔离三端口变换器控制器，其中，每个子隔离三端口变换器控制器包括：输入功率控制装置、输入功率计算装置、平均功率获得装置、新输出端口基准电压计算装置、双向端口功率计算装置、新双向端口基准电压计算装置、输出端口误差信号获得装置、双向端口误差信号获得装置和电压调节装置。
[0143] 输入功率控制装置用于根据在对应的子隔离三端口变换器的输入端口处采样获得的输入端口电压和输入端口电流，独立控制对应的子隔离三端口变换器的输入功率。
[0144] 输入功率计算装置用于根据对应的子隔离三端口变换器的输入端口电压和输入端口电流计算对应的子隔离三端口变换器的输入功率。
[0145] 平均功率获得装置用于获得N个子隔离三端口变换器的平均输出功率。
[0146] 新输出端口基准电压计算装置用于根据以下公式计算对应的子隔离三端口变换器的新输出端口基准电压：
[0147] Vo_nrefi＝Vo_refi-k1_i·Pavg，
[0148] 其中，i＝1,2,…N，Vo_nrefi是对应的子隔离三端口变换器的新输出端口基准电压，Vo_refi是对应的子隔离三端口变换器的预设输出端口基准电压，k1_i是对应的子隔离三端口变换器所对应的第一预设比例系数，Pavg是平均输出功率。
[0149] 双向端口功率计算装置用于计算对应的子隔离三端口变换器的输入功率与平均输出功率之差，以获得对应的子隔离三端口变换器的双向端口功率。
[0150] 新双向端口基准电压计算装置用于根据以下公式计算对应的子隔离三端口变换器的新双向端口基准电压：
[0151] Vb_nrefi＝Vb_refi-k2_i·Pb_i，
[0152] 其中，i＝1,2,…N，Vb_nrefi是对应的子隔离三端口变换器的新双向端口基准电压，Vb_refi是对应的子隔离三端口变换器的预设双向端口基准电压，k2_i是对应的子隔离三端口变换器所对应的第二预设比例系数，Pb_i是对应的子隔离三端口变换器的双向端口功率。
[0153] 输出端口误差信号获得装置用于在对应的子隔离三端口变换器的输出端口处采样获得的输出端口电压和对应的子隔离三端口变换器的新输出端口基准电压相比较，以获得输出端口误差信号。
[0154] 双向端口误差信号获得装置用于将在对应的子隔离三端口变换器的双向端口处采样获得的双向端口电压和对应的子隔离三端口变换器的新双向端口基准电压相比较，以获得双向端口误差信号。
[0155] 电压调节装置用于基于对应的子隔离三端口变换器的输出端口误差信号和双向端口误差信号调节对应的子隔离三端口变换器的双向端口电压和输出端口电压。
[0156] 示例性地，每个子隔离三端口变换器控制器的电压调节装置包括：输入模块，用于将对应的子隔离三端口变换器的输出端口误差信号作为与该子隔离三端口变换器对应的输出电压调节器的输入，并将对应的子隔离三端口变换器的双向端口误差信号作为与该子隔离三端口变换器对应的双向端口电压调节器的输入；叠加模块，用于将与该子隔离三端口变换器对应的输出电压调节器的输出信号和与该子隔离三端口变换器对应的双向端口电压调节器的输出信号相叠加，以获得控制信号；以及调节模块，用于通过控制信号调节该子隔离三端口变换器的双向端口电压和输出端口电压。
[0157] 示例性地，每个子隔离三端口变换器控制器的平均功率获得装置包括输入平均模块，用于对N个子隔离三端口变换器的输入功率求平均，以获得平均输出功率。
[0158] 示例性地，每个子隔离三端口变换器控制器的平均功率获得装置包括：输出功率计算模块，用于根据在对应的子隔离三端口变换器的输出端口处采样获得的输出端口电压和输出端口电流计算对应的子隔离三端口变换器的输出功率；以及输出平均模块，用于对N个子隔离三端口变换器的输出功率求平均，以获得平均输出功率。
[0159] 示例性地，每个子隔离三端口变换器控制器的输入功率控制装置包括最大功率点跟踪模块，用于根据对应的子隔离三端口变换器的输入端口电压和输入端口电流进行最大功率点跟踪，以独立控制该子隔离三端口变换器的输入功率。
[0160] 示例性地，N个子隔离三端口变换器的预设输出端口基准电压相同，N个子隔离三端口变换器的预设双向端口基准电压相同，N个子隔离三端口变换器所对应的第一预设比例系数相同，N个子隔离三端口变换器所对应的第二预设比例系数相同。
[0161] 示例性地，每个子隔离三端口变换器控制器的平均功率获得装置包括输出和接收模块，用于将代表对应的子隔离三端口变换器的输入功率的电压信号通过电阻输出到同一平均输出功率母线，并接收平均输出功率母线输出的、代表平均输出功率的电压信号。
[0162] 示例性地，每个子隔离三端口变换器控制器的平均功率获得装置包括发送和接收模块，用于将代表对应的子隔离三端口变换器的输入功率的电压信号传送至第二层控制器，并接收第二层控制器返回的平均输出功率。
[0163] 上文已经结合图1至7b描述了根据本发明实施例的分布式电源发电系统的控制方法的原理、实现方式和优点，本领域技术人员可以结合关于分布式电源发电系统的控制方法的描述理解相应的控制系统，不再赘述。
[0164] 根据上述控制方法和控制系统，独立控制每个子隔离三端口变换器的输入功率，双向端口和输出端口采用基于虚拟电阻的功率-电压下垂控制策略，实现每个子隔离三端口变换器的双向端口电压的稳定控制和输出端口电压的均压控制，实现模块化设计，为将分布式电源发电系统接入中压直流配电网提供一种可行的技术方案。
[0165] 本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
