CN109921455A - 一种分布式发电系统架构以及分布式发电系统架构的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分布式发电系统架构以及分布式发电系统架构的控制方法，涉及电力电子技术领域，分布式发电系统架构的前级采用了双向直流变换器，后级采用了升压式高增益逆变器，将双向直流变换器与升压式高增益逆变器均连接在低压直流母线上，兼具了串联型直流模块式架构和并联型直流模块式架构的优点。同时降低了直流母线的电压等级，提高了系统的安全性，并进一步降低了系统成本。同时本发明还提出了上述分布式发电系统架构的相关控制策略，通过不同负载分模式控制方式，可以实时监控系统低压直流母线电压值，从而保证了后级逆变器不会因为超负载运行而损坏，提升了系统的可靠性。

Description

一种分布式发电系统架构以及分布式发电系统架构的控制 方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种分布式发电系统架构以及分布式发电系统架构的控制方法。

背景技术

可再生能源分布式发电不受能源资源、原材料和应用环境的限制，且不产生污染物，因此对缓解能源危机和环境污染的压力具有重要意义，已成为世界各国最着力发展的可再生能源技术之一。

分布式发电系统传统的体系架构主要有：集中式、串式和多串式等三种。在这些架构中，分布式电源都通过串联或并联的方式连接在一起，这会导致分布式电源在环境与控制方式不合适的情况下，系统变换效率严重降低；甚至还会影响系统的使用寿命。

优化分布式发电系统的体系架构，是提高功率失配情况下系统能量转换效率，改善系统可靠性的有效手段。交流模块式架构将小容量升压式并网逆变器(微逆变器)和分布式电源集成在一起作为独立模块，使每个分布式电源均可实现功率实时控制，从而消除了多种功率不匹配问题，提高了能量转化效率；且模块化设计增强了系统的冗余性、可扩展性和可靠性，适合批量化生产。然而，交流模块式架构中的逆变器功率等级低，逆变效率难以提高；每个模块均要具备并网所需的相应检测和保护功能，成本较高。为了解决上述不足，很多学者将目光投向了直流模块式架构。直流模块式并网发电系统由直流模块(DC-DC变换器和分布式电源集成于一体)和电压型集中逆变器组成，前者实现分布式电源的功率控制和电压变换，后者集中逆变实现并网。该架构完美的继承了交流模块式架构的优点，且集中逆变器的效率更高，单位功率成本更低，因此已成为分布式发电系统架构的主要发展趋势。

目前，直流模块式架构有四种基本类型：旁路型直流模块、串联型直流模块、并联型直流模块。这些架构普遍存在连线复杂，效率低，不易于系统的扩展和控制，成本高等缺陷，严重制约了分布式发电系统直流模块架构性能的进一步提升。此外，在这些架构中直流母线处的电压一般高达380V，以适应后级逆变输出，这会使得系统可靠性与安全性大大降低。

为此，本发明公开了一种系统可靠性和安全性得到大大提高同时系统的成本进一步降低的分布式发电系统架构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分布式发电系统架构，可以避免现有技术中因需要较高电压等级的直流母线将并网逆变器与光伏接口变换器连接在一起，提高了系统的安全性。同时系统的成本进一步降低，系统可靠性大大提升。

本发明的另一目的在于提供一种分布式发电系统架构的控制方法，提高了系统的安全性，同时系统可靠性大大提升。

本发明是采用以下的技术方案来实现的。

一种分布式发电系统架构，包括直流模组、低压直流母线以及升压式高增益逆变器，直流模组包括分布式电源以及双向直流变换器，分布式电源的输出端与双向直流变换器的输入端连接，双向直流变换器的输出端与低压直流母线连接，升压式高增益逆变器电的输入端与低压直流母线连接，升压式高增益逆变器的输出端用于连接电网。

进一步地，直流模组为多个，每个双向直流变换器包括第一控制器和双向直流变换模块，第一控制器与双向直流变换模块连接，用于采样双向直流变换模块的输入信号和输出信号并依据双向直流变换模块的输入信号和双向直流变换模块的输出信号实现对分布式电源的最大功率跟踪控制或双向直流变换器的输出电流均流控制。

进一步地，双向直流变换模块包括第一输入滤波电容、第一升压电感、第一电力开关管、第二电力开关管以及第一输出滤波电容，第一输入滤波电容的一端与分布式电源的正极连接，第一输入滤波电容的另一端与分布式电源的负极连接并接地，第一升压电感的一端连接于分布式电源的正极，第一升压电感的另一端分别连接于第一电力开关管的输入端和第二电力开关管的输入端，第一电力开关管的输出端接地，第二电力开关管的输出端分别连接于第一输出滤波电容的一端以及低压直流母线，第一输出滤波电容的另一端接地。

进一步地，双向直流变换器为同步整流Boost变换器或同步整流Buck-Boost变换器。

进一步地，升压式高增益逆变器包括第二控制器和升压式高增益逆变模块，第二控制器与升压式高增益逆变模块连接，用于采集升压式高增益逆变模块的输入信号与输出信号，并依据升压式高增益逆变模块的输入信号和升压式高增益逆变模块的输出信号实现对升压式高增益逆变器的输出电流并网控制以及维持低压直流母线的稳定。

进一步地，升压式高增益逆变模块包括第二输入滤波电容、储能电容、第二升压电感、能量双向流动开关单元、H桥DC/AC变换单元以及输出滤波单元，第二输入滤波电容的一端分别与低压直流母线和第二升压电感的一端连接，第二输入滤波电容的另一端接地，第二升压电感的另一端与能量双向流动开关单元的输入端连接，能量双向流动开关单元的输出端与H桥DC/AC变换单元连接，H桥DC/AC变换单元的输出端与输出滤波单元的输入端连接，输出滤波单元的输出端用于连接电网。

进一步地，能量双向流动开关单元包括第三电力开关管、第四电力开关管、第五电力开关管以及第六电力开关管，第三电力开关管和第四电力开关管反向串联并形成第一流动支路，第一流动支路的输入端与第二升压电感连接，第一流动支路的输出端与H桥DC/AC变换单元连接，第五电力开关管以及第六电力开关管反向串联并形成第二流动支路，第二流动支路的输入端与第二升压电感连接，第二流动支路的输出端与H桥DC/AC变换单元连接。

进一步地，H桥DC/AC变换单元包括第七电力开关管、第八电力开关管、第九电力开关管以及第十电力开关管，第七电力开关管与第八电力开关管互补导通并形成第一桥臂，第一桥臂的中间点连接于能量双向流动开关单元，第九电力开关管与第十电力开关管互补导通并形成第二桥臂，第二桥臂的中间点连接于能量双向流动开关单元。

进一步地，滤波单元包括第一输出滤波电感、第二输出滤波电容以及第二输出滤波电感，第一输出滤波电感的一端连接于H桥DC/AC变换单元，另一端分别连接于第二输出滤波电容和第二输出滤波电感，第二输出滤波电感的另一端用于连接电网，第二输出电容的另一端连接于H桥DC/AC变换单元。

一种分布式发电系统架构的控制方法，适用于分布式发电系统架构，分布式发电系统架构包括直流模组、低压直流母线以及升压式高增益逆变器，直流模组包括分布式电源以及双向直流变换器，分布式电源的输出端与双向直流变换器的输入端连接，双向直流变换器的输出端与低压直流母线连接，升压式高增益逆变器电的输入端与低压直流母线连接，升压式高增益逆变器的输出端用于连接电网，分布式发电系统架构的控制方法包括：

当多个分布式电源的输出总功率小于或等于升压式高增益逆变器的最大功率时，分布式电源处于最大功率跟踪控制模式，低压直流母线处于恒压控制模式，升压式高增益逆变器处于并网电流控制模式；

当多个分布式电源的输出总功率大于升压式高增益逆变器的最大功率时，双向直流变换器处于输出电流均流控制模式，低压直流母线处于恒压控制模式，升压式高增益逆变器处于并网电流控制模式。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种分布式发电系统架构，前级采用了双向直流变换器，后级采用了升压式高增益逆变器，将双向直流变换器与升压式高增益逆变器均连接在低压直流母线上，兼具了串联型直流模块式架构和并联型直流模块式架构的优点(直流变换器的效率较高、结构和控制简单、成本低、扩展和冗余能力强等)，同时降低了直流母线的电压等级，提高了系统的安全性，并进一步降低了系统成本。相较于现有技术，本发明提供的一种分布式发电系统架构，可以避免现有技术中因需要较高电压等级的直流母线将并网逆变器与光伏接口变换器连接在一起，提高了系统的安全性。同时系统的成本进一步降低，系统可靠性大大提升。

本发明提供的一种分布式发电系统架构的控制方法，通过在系统中采取不同负载分模式控制方式，降低了系统故障率，提高了系统可靠性，具备较高的应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提供的一种分布式发电系统架构的整体结构示意图；

图2为本发明提供的一种分布式发电系统架构的电路结构示意图；

图3为图2中升压式高增益逆变器的电路结构示意图；

图4为本发明第二实施例提供的分布式发电系统架构的控制方法的步骤框图；

图5第二实施例提供的分布式发电系统架构的控制方法的流程框图；

图6为三个直流模组工作时输入电压和输出电流以及低压直流母线电压的实验结果；

图7为并网电压、电流的实验波形图。

图标：10-分布式发电系统架构；100-直流模组；110-分布式电源；130-双向直流变换器；131-第一控制器；200-低压直流母线；300-升压式高增益逆变器；310-第二控制器；330-能量双向流动开关单元；350-H桥DC/AC变换单元；370-滤波单元；20-电网。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

正如背景技术中所言，直流模块式并网发电系统完美的继承了交流模块式架构的优点，且集中逆变器的效率更高，单位功率成本更低。然而现有的直流模块式架构，普遍存在连线复杂，效率低，不易于系统的扩展和控制，成本高等缺陷，严重制约了分布式发电系统直流模块架构性能的进一步提升。此外，在这些架构中直流母线处的电压一般高达380V，以适应后级逆变输出，这会使得系统可靠性与安全性大大降低。

因此，本发明为了解决上述问题导致的分布式发电系统应用范围与应用价值受限的问题，提出了一种低直流母线电压分布式发电系统架构，由两级功率变换单元组成，前级为一种同步整流型双向DC/DC变换器(如Boost变换器)，后级为一种升压式高增益逆变器，以低压直流母线连接前、后级，并以不同负载分模式控制方式，实时监控系统低压直流母线电压值，保证后级逆变器不会因为超负载运行而损坏，提升系统的可靠性，达到高效、安全、高可靠性的目的。

下面，将通过具体实施方式，对本发明的技术方案做详细介绍。

具体实施例

参见图1，本实施例提供了一种分布式发电系统架构10，包括多个直流模组100、低压直流母线200以及升压式高增益逆变器300，每个直流模组100包括分布式电源110以及双向直流变换器130，分布式电源110的输出端与双向直流变换器130的输入端连接，双向直流变换器130的输出端与低压直流母线200连接，升压式高增益逆变器300电的输入端与低压直流母线200连接，升压式高增益逆变器300的输出端用于连接电网20。

在本实施例中，直流模组100的个数为3个，当然并不仅仅限于此，此处直流模组100的个数也可以是4个或者5个等，其具体数量由整个系统的额定功率确定，在此不作具体限定。

在本实施例中，分布式电源110为光伏电池组件，作为供电设备输送电能。值得注意的是，此处分布式电源110也可以是燃料电池或风力发电机组等其他供电设备。此外，此处分布式电源110也可以是储能蓄电池或者充电装置等储能设备。当分布式电源110为供电设备时，能量由分布式电源110侧向电网20侧传输，当分布式电源110为储能设备时，能量由电网20侧向分布式电源110侧传输。

需要说明的是，双向直流变换器130具有一定的升压能力，同时完成分布式电源110的最大功率跟踪，在本实施例中，双向直流变换器130为同步整流Boost变换器，当然，此处双向直流变换器130也可以是同步整流Buck-Boost变换器等其他形式的直流变换器。

所述低压直流母线200为电压值低于120V的直流电压总线，双向直流变换器130和升压式高增益逆变器300分别跨接在低压直流母线200上。所述双向直流变换器130输出的正端接低压直流母线200的N支路，负端接L支路。

参见图2，每个双向直流变换器130包括第一控制器131和双向直流变换模块，第一控制器131与双向直流变换模块连接，用于采样双向直流变换模块的输入信号和输出信号并依据双向直流变换模块的输入信号和双向直流变换模块的输出信号实现对分布式电源110的最大功率跟踪控制或双向直流变换器130的输出电流均流控制。具体地，第一控制器131分别采样双向直流变换器130的输入电压，输入电流和输出电流，且第一控制器131可以根据采样的电压信号和电流信号进行闭环控制，实现光伏电池组件的最大功率跟踪和双向直流变换器130的输出电流均流控制。

双向直流变换模块包括第一输入滤波电容C_PV1、第一升压电感L_1n、第一电力开关管S_1n、第二电力开关管S_2n以及第一输出滤波电容C_On，第一输入滤波电容C_PV1的一端与分布式电源110的正极连接，第一输入滤波电容C_PV1的另一端与分布式电源110的负极连接并接地，第一升压电感L_1n的一端连接于分布式电源110的正极，第一升压电感L_1n的另一端分别连接于第一电力开关管S_1n的输入端和第二电力开关管S_2n的输入端，第一电力开关管S_1n的输出端接地，第二电力开关管S_2n的输出端分别连接于第一输出滤波电容C_On的一端以及低压直流母线200，第一输出滤波电容C_On的另一端接地。

在本实施例中，第一电力开关管S_1n和第二电力开关管S_2n均为Cascode型GaN HEMT器件，且该GaN HEMT工作时的开关频率高于150kHz。

下面将逐一介绍双向直流变换模块的各个器件。

第一输入滤波电容C_PV1：第一输入滤波电容C_PV1主要负责将双向直流变换器130输入侧的电压纹波滤除。第一输入滤波电容C_PV1的一端连接至光伏电池组件的正端，另一端连接至光伏电池组件的负端，即接地。

第一升压电感L_1n：该第一升压电感L_1n的一端连接于输入滤波电容的一端，另一端与第一电力开关管S_1n、第二电力开关管S_2n相连，主要起到存储能量，提升变换器升压能力的作用。

第一电力开关管S_1n、第二电力开关管S_2n：第一电力开关管S_1n和第二电力开关管S_2n为一对帯死区互补导通的电力开关管。第一电力开关管S_1n的漏极、第二电力开关管S_2n的源极与第一升压电感L_1n另一端连接，第一电力开关管S_1n的源极接地，第二电力开关管S_2n的漏极与第一输出滤波电容C_On的一端相连。在运行过程中，第一电力开关管S_1n导通时第一升压电感L_1n储能，电感电流上升，第二电力开关管S_2n导通时为第一升压电感L_1n放电提供续流回路。

第一输出滤波电容C_On：该第一输出滤波电容C_On的一端与第二电力开关管S_2n的漏极相连，连接点即低压直流母线200的N支路，另一端接至参考地。该输出滤波电容主要负责抑制双向直流变换器130输出电压的纹波。

需要说明的是，第一控制器131通过产生两路带死区的互补PWM开关信号分别接至第一电力开关管S1n和第二电力开关管S_2n的门极，从而实现光伏电池组件的最大功率跟踪和双向直流变换器130的输出电流均流控制。

参见图3，升压式高增益逆变器300包括第二控制器310和升压式高增益逆变模块，第二控制器310与升压式高增益逆变模块连接，用于采集升压式高增益逆变模块的输入信号与输出信号，并依据升压式高增益逆变模块的输入信号和升压式高增益逆变模块的输出信号实现对升压式高增益逆变器300的输出电流并网控制以及维持低压直流母线200的稳定。

需要说明的是，升压式高增益逆变器300连接于低压直流母线200，其输出连接至电网20。该升压式高增益逆变器300具有较高的升压能力，其由同步整流Boost变换器与H桥DC/AC变换器组合而成。

升压式高增益逆变模块包括第二输入滤波电容C_DC、储能电容C₁、第二升压电感L₂、能量双向流动开关单元330、H桥DC/AC变换单元350以及输出滤波单元370，第二输入滤波电容C_DC的一端分别与低压直流母线200和第二升压电感L₂的一端连接，第二输入滤波电容C_DC的另一端接地，第二升压电感L₂的另一端与能量双向流动开关单元330的输入端连接，能量双向流动开关单元330的输出端与H桥DC/AC变换单元350的输入端连接，H桥DC/AC变换单元350的输出端与输出滤波单元370的输入端连接，输出滤波单元370的输出端用于连接电网20。

下面将逐一介绍升压式高增益逆变模块的各个器件：

第二输入滤波电容C_DC：该输入滤波电容的一端与低压直流母线200的N支路，第二升压电感L2连接，另一端接地。所述第二输入滤波电容C_DC主要负责支撑低压直流母线200，以及滤除升压式高增益逆变器300的输入侧电压纹波。

第二升压电感L₂：该第二升压电感L₂的一端连接于第二输入滤波电容C_DC的一端N，另一端与能量双向流动开关单元330相连，所述第二升压电感L₂主要参与升压式高增益逆变器300的直流电压提升，通过和能量双向流动开关单元330、单相H桥DC/AC变换单元350中的电力开关管配合，在工作过程中将TR端至BR端的电压值提升至一个期望值。

能量双向流动开关单元330：该能量双向流动开关单元330包括第三电力开关管S₃、第四电力开关管S₄、第五电力开关管S₅以及第六电力开关管S₆，第三电力开关管S₃和第四电力开关管S₄反向串联并形成第一流动支路，第一流动支路的输入端与第二升压电感L₂连接，第一流动支路的输出端与H桥DC/AC变换单元350连接，第五电力开关管S₅以及第六电力开关管S₆反向串联并形成第二流动支路，第二流动支路的输入端与第二升压电感L₂连接，第二流动支路的输出端与H桥DC/AC变换单元350连接。

在本实施例中，第三电力开关管S₃、第四电力开关管S₄、第五电力开关管S₅以及第六电力开关管S₆均为Cascode型GaN HEMT，该GaN HEMT工作时的开关频率与交流输出电压的频率一致。

H桥DC/AC变换单元350：H桥DC/AC变换单元350包括第七电力开关管S₇、第八电力开关管S₈、第九电力开关管S₉以及第十电力开关管S₁₀，第七电力开关管S₇与第八电力开关管S₈互补导通并形成第一桥臂，第一桥臂的中间点PL1连接于能量双向流动开关单元330，第九电力开关管S₉与第十电力开关管S₁₀互补导通并形成第二桥臂，第二桥臂的中间点PL2连接于能量双向流动开关单元330。具体地，第七电力开关管S₇和第九电力开关管S₉的漏极与H桥DC/AC变换单元350的顶端TR相连，第八电力开关管S₈和第十电力开关管S₁₀的漏极与H桥DC/AC变换单元350的底端BR相连，第七电力开关管S₇的源极与第八电力开关管S₈的漏极相连，连接点为PL1，第九电力开关管S₉的源极与第十电力开关管S₁₀的漏极相连，连接点为PL2。

在本实施例中，第四电力开关管S₄的漏极连接至第一桥臂的中间点，第六电力开关管S₆的漏极连接至第二桥臂的中间点。

在本实施例中，第七电力开关管S₇、第八电力开关管S₈、第九电力开关管S₉以及第十电力开关管S₁₀的具体开关方式为：在正弦输出电压的正半周，第七电力开关管S₇、第八电力开关管S₈以SPWM调制方式帯死区互补导通，第九电力开关管S₉、第十电力开关管S₁₀以PWM调制方式帯死区互补导通，所述第十电力开关管S₁₀导通时第二升压电感L₂储能，电感电流上升，第九电力开关管S₉导通时第二升压电感L₂向储能电容C₁释放能量；在正弦输出电压的负半周，第七电力开关管S₇、第八电力开关管S₈以PWM调制方式帯死区互补导通，第九电力开关管S₉、第十电力开关管S₁₀以SPWM调制方式帯死区互补导通，所述第八电力开关管S₈导通时第二升压电感L₂储能，电感电流上升，第七电力开关管S₇导通时第二升压电感L₂向储能电容C₂释放能量。

储能电容C₁：该储能电容C₁的一端与H桥DC/AC变换单元350的顶端TR相连，另一端与第二升压电感L₂的一端N相连接。该储能电容C₁主要负责支撑H桥DC/AC变换单元350的TR端至N端的电压通过将第二升压电感L₂中的能量先存储，再释放至输出侧，使得H桥DC/AC变换单元350同时具备升压与逆变功能。

滤波单元370：滤波单元370包括第一输出滤波电感L_f1、第二输出滤波电容C_f以及第二输出滤波电感L_f2，第一输出滤波电感L_f1的一端连接于H桥DC/AC变换单元350，另一端分别连接于第二输出滤波电容C_f和第二输出滤波电感L_f2，第二输出滤波电感L_f2的另一端用于连接电网20，第二输出电容的另一端连接于H桥DC/AC变换单元350。具体地，该滤波单元370负责将H桥DC/AC变换器第一桥臂的中间点PL1和第二桥臂的中间点PL2间输出的脉冲交流电中的谐波分量滤除，得到高质量的正弦交流电输出。第一输出滤波电感L_f1的连接于第一个桥臂的中间点PL1，第二输出电容连接于H桥DC/AC变换单元350的的第二个桥臂的中间点PL2。

在本实施例中，第二控制器310分别采样升压式高增益逆变模块的输入电压、储能电容C₁端电压以及升压式高增益逆变模块的输出电流，第二控制器310可以根据采样的电压和电流信号进行闭环控制，维持低压直流母线200的稳定和升压式高增益逆变器300的输出电流并网控制。具体通过产生四路高频帯死区互补开关信号和四路工频互补开关信号分别接至第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九以及第十电力开关管的门极。

综上所述，本实施例提供了一种分布式发电系统架构10，通过将直流母线电压等级定为低于120V的直流电压，保证系统安全性，同时采用直流模块式架构可以大大提升系统灵活性，增强系统冗余，易于插拔。同时通过将Cascode型GaN HEMT应用在该分布式发电系统架构10中，可以大大提升变换器的开关频率，从而降低电感、电容等无源器件的体积与重量，提高系统的功率密度，并且可以提升系统的效率。相较于现有技术，本发明提供的一种分布式发电系统架构10可以避免现有技术中因需要较高电压等级的直流母线将并网逆变器与光伏接口变换器连接在一起，提高了系统的安全性。同时系统的成本进一步降低，系统可靠性大大提升。

第二实施例

本实施例提供了一种分布式发电系统架构10的控制方法，适用于如第一实施例提供的分布式发电系统架构10，其中分布式发电系统架构10的基本结构和原理及产生的技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。

分布式发电系统架构10包括直流模组100、低压直流母线200以及升压式高增益逆变器300，直流模组100包括分布式电源110以及双向直流变换器130，分布式电源110的输出端与双向直流变换器130的输入端连接，双向直流变换器130的输出端与低压直流母线200连接，升压式高增益逆变器300电的输入端与低压直流母线200连接，升压式高增益逆变器300的输出端用于连接电网20。

参见图4，分布式发电系统架构10的控制方法包括：

当P_in≤P_o时，该分布式发电系统架构10处于最大功率跟踪控制(MPPT)+恒压控制(VC)+并网电流控制(GCC)模式。其中，P_in为多个分布式电源110的输出总功率，P_o为高增益逆变器的最大功率。

具体地，当多个分布式电源110的输出总功率小于或等于升压式高增益逆变器300的最大功率时，分布式电源110处于最大功率跟踪控制模式，低压直流母线200处于恒压控制模式，升压式高增益逆变器300处于并网电流控制模式。

当P_in>P_o时，该分布式发电系统架构10处于输出电流均流控制(CSC)+恒压控制(VC)+并网电流控制(GCC)模式。

具体地，当多个分布式电源110的输出总功率大于升压式高增益逆变器300的最大功率时，双向直流变换器130处于输出电流均流控制模式，低压直流母线200处于恒压控制模式，升压式高增益逆变器300处于并网电流控制模式。

需要说明的是，此处升压式高增益逆变器300的最大功率是指升压式高增益逆变器300所能承受的最大功率。

具体地，参见图5，当多个分布式电源110的输出总功率小于或等于升压式高增益逆变器300的最大功率时，即P_in≤P_o时，由升压式高增益逆变器300所包含的第二控制器310将低压直流母线200的电压采样值u_DC与给定基准信号u_DC，ref比较产生偏差信号u_e4，偏差信号u_e4经过电压环调节器G_c4(s)可以送入PWM调制电路产生PWM调制信号d₂用于调制H桥DC/AC变换器中的电力开关管，同时偏差信号u_e4经过电压环调节器G_c4(s)后的信号作为并网电流的幅值基准信号I_om，该信号与单位输出采样信号u_o相乘后作为并网电流的给定基准信号i_o,ref，该信号与并网电流采样值i_o比较产生偏差信号u_e3，该信号经过并网电流环调节器G_c3(s)后可以送入SPWM调制电路产生SPWM调制信号m用于调制H桥DC/AC变换器中的电力开关管。由于P_in≤P_o，此时电压环调节器G_c4(s)后的信号进入升压式直流变换器所含的第一控制器131中的均流控制回路后产生基准信号i_on,ref，该值将始终低于前级升压式直流变换器的输出电流采样信号i_on，则输出电流环调节器G_c2(s)将始终负饱和输出，而由升压式直流变换器所含第一控制器131采样和最大功率计算后的基准值u_PVn,ref与采样值u_PVn经过比较产生偏差信号u_e1，该信号经过电压环调节器G_c1(s)后将产生一个高于输出电流环调节器G_c2(s)输出的值，则取大电路将自动选择a支路，a支路将被激活，并由PWM调制电路产生PWM调制信号d₁用于调制升压式直流变换器中的电力开关管。当多个分布式电源110的输出总功率大于升压式高增益逆变器300的最大功率时，即P_in>P_o时，此时由升压式直流变换器所含第一控制器131采样和最大功率计算后的基准值u_PVn,ref与采样值u_PVn经过比较产生偏差信号u_e1，该信号经过电压环调节器G_c1(s)后将产生一个低于于输出电流环调节器G_c2(s)输出的值，则取大电路将自动选择b支路，b支路将被激活，并由PWM调制电路产生PWM调制信号d₁用于调制升压式直流变换器中的电力开关管。

结合参见图6和图7，图6为三个直流模组100工作时输入电压V_PV1、V_PV2、V_PV3，输出电流I_O1、I_O2、I_O3和低压直流母线200电压V_DC的实验结果。0.5s之前，每个直流模组100最大功率点电压V_PVn为30V，功率460W，升压式高增益逆变器300的额定功率1500kW，0.5s之后，每个直流模组100最大功率点电压V_PVn为36V，功率700W，升压式高增益逆变器300额定功率仍为1500kW，后级直流母线电压环基准为95V，前级直流母线过压保护电压为100V。图中可以看出，0.5s之前每个光伏组件的电压经过调节后均控制在最大功率点，电压为30V，直流母线电压由后级升压式高增益逆变器300控制，控制在95V，0.5s之后，由于直流模块输出的总功率超过升压式逆变器的额定功率，此时系统已切换至输出电流均流控制(CSC)+恒压控制(VC)+并网电流控制(GCC)模式，每个模块的输出实现了均流控制，母线电压由前级统一控制在100V，系统仍然正常工作，保证了系统的可靠性。图7为并网电压、电流的实验波形图。图中从上到下依次为并网电压与并网电流叠加图、并网电压图以及并网电流图。图中可以看出，输出并网电流与电网20同频同相，且在模式切换过程中系统仍然能保持较好的跟踪功能，系统很好的实现了分布式发电功能。

值得注意的是，在上述实施方式中，只给出了该分布式发电系统在单相场合的应用，若在三相应用场合，该系统架构同样适用，只需将升压式高增益逆变器300换成三相逆变器，并不影响系统的架构体系，同时，在一些其他的实施方式中，该系统架构中后级逆变器同样可以由多个模块逆变器组成，可以视具体的应用场合进行组合。

综上所述，本实施例提供了了一种分布式发电系统架构10的控制方法，通过采用不同负载分模式控制方式，可以实时监控系统低压直流母线200电压值，从而保证了后级逆变器不会因为超负载运行而损坏，提升了系统的可靠性，降低系统故障率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分布式发电系统架构，其特征在于，包括直流模组、低压直流母线以及升压式高增益逆变器，所述直流模组包括分布式电源以及双向直流变换器，所述分布式电源的输出端与所述双向直流变换器的输入端连接，所述双向直流变换器的输出端与所述低压直流母线连接，所述升压式高增益逆变器的输入端与所述低压直流母线连接，所述升压式高增益逆变器的输出端用于连接电网。

2.根据权利要求1所述的分布式发电系统架构，其特征在于，所述直流模组为多个，每个所述双向直流变换器包括第一控制器和双向直流变换模块，所述第一控制器与所述双向直流变换模块连接，用于采样所述双向直流变换模块的输入信号和输出信号并依据所述双向直流变换模块的输入信号和所述双向直流变换模块的输出信号实现对所述分布式电源的最大功率跟踪控制或所述双向直流变换器的输出电流均流控制。

3.根据权利要求1或2所述的分布式发电系统架构，其特征在于，所述双向直流变换模块包括第一输入滤波电容、第一升压电感、第一电力开关管、第二电力开关管以及第一输出滤波电容，所述第一输入滤波电容的一端与所述分布式电源的正极连接，所述第一输入滤波电容的另一端与所述分布式电源的负极连接并接地，所述第一升压电感的一端连接于所述分布式电源的正极，所述第一升压电感的另一端分别连接于所述第一电力开关管的输入端和所述第二电力开关管的输入端，所述第一电力开关管的输出端接地，所述第二电力开关管的输出端分别连接于所述第一输出滤波电容的一端以及所述低压直流母线，所述第一输出滤波电容的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的分布式发电系统架构，其特征在于，所述双向直流变换器为同步整流Boost变换器或同步整流Buck-Boost变换器。

5.根据权利要求1所述的分布式发电系统架构，其特征在于，所述升压式高增益逆变器包括第二控制器和升压式高增益逆变模块，所述第二控制器与所述升压式高增益逆变模块连接，用于采集所述升压式高增益逆变模块的输入信号与输出信号，并依据所述升压式高增益逆变模块的输入信号和所述升压式高增益逆变模块的输出信号实现对所述升压式高增益逆变器的输出电流并网控制以及维持所述低压直流母线的稳定。

6.根据权利要求1所述的分布式发电系统架构，其特征在于，所述升压式高增益逆变模块包括第二输入滤波电容、储能电容、第二升压电感、能量双向流动开关单元、H桥DC/AC变换单元以及输出滤波单元，所述第二输入滤波电容的一端分别与所述低压直流母线和所述第二升压电感的一端连接，所述第二输入滤波电容的另一端接地，所述第二升压电感的另一端与所述能量双向流动开关单元的输入端连接，所述能量双向流动开关单元的输出端与所述H桥DC/AC变换单元连接，所述H桥DC/AC变换单元与所述输出滤波单元的输入端连接，所述输出滤波单元的输出端用于连接所述电网。

7.根据权利要求6所述的分布式发电系统架构，其特征在于，所述能量双向流动开关单元包括第三电力开关管、第四电力开关管、第五电力开关管以及第六电力开关管，所述第三电力开关管和所述第四电力开关管反向串联并形成第一流动支路，所述第一流动支路的输入端与所述第二升压电感连接，所述第一流动支路的输出端与所述H桥DC/AC变换单元连接，所述第五电力开关管以及所述第六电力开关管反向串联并形成第二流动支路，所述第二流动支路的输入端与所述第二升压电感连接，所述第二流动支路的输出端与所述H桥DC/AC变换单元连接。

8.根据权利要求6所述的分布式发电系统架构，其特征在于，所述H桥DC/AC变换单元包括第七电力开关管、第八电力开关管、第九电力开关管以及第十电力开关管，所述第七电力开关管与所述第八电力开关管互补导通并形成第一桥臂，所述第一桥臂的中间点连接于所述能量双向流动开关单元，所述第九电力开关管与所述第十电力开关管互补导通并形成第二桥臂，所述第二桥臂的中间点连接于所述能量双向流动开关单元。

9.根据权利要求6所述的分布式发电系统架构，其特征在于，所述滤波单元包括第一输出滤波电感、第二输出滤波电容以及第二输出滤波电感，所述第一输出滤波电感的一端连接于所述H桥DC/AC变换单元，另一端分别连接于所述第二输出滤波电容和所述第二输出滤波电感，所述第二输出滤波电感的另一端用于连接电网，所述第二输出滤波电容的另一端连接于所述H桥DC/AC变换单元。

10.一种分布式发电系统架构的控制方法，适用于分布式发电系统架构，其特征在于，所述分布式发电系统架构包括直流模组、低压直流母线以及升压式高增益逆变器，所述直流模组包括分布式电源以及双向直流变换器，所述分布式电源的输出端与所述双向直流变换器的输入端连接，所述双向直流变换器的输出端与所述低压直流母线连接，所述升压式高增益逆变器电的输入端与所述低压直流母线连接，所述升压式高增益逆变器的输出端用于连接电网，所述分布式发电系统架构的控制方法包括：

当多个所述分布式电源的输出总功率小于或等于所述升压式高增益逆变器的最大功率时，所述分布式电源处于最大功率跟踪控制模式，所述低压直流母线处于恒压控制模式，所述升压式高增益逆变器处于并网电流控制模式；

当多个所述分布式电源的输出总功率大于所述升压式高增益逆变器的最大功率时，所述双向直流变换器处于输出电流均流控制模式，所述低压直流母线处于恒压控制模式，所述升压式高增益逆变器处于并网电流控制模式。