CN115882442A - 一种电源并联***及其直流母线电压控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电源并联***及其直流母线电压控制方法，该方法通过各电源中的主机，判断电源并联***的直流母线电压是否处于第一预设范围内；若直流母线电压处于第一预设范围以外，则主机控制自身的直流母线电压外环由PI控制模式切换为I控制模式，以使有功电流给定值能够快速变化，实现对于直流母线电压的控制，提升电源并联***的动态响应性能，在直流母线电压过高时还能够关闭AC/DC变换器的开关管驱动，避免输入输出能量不匹配而影响电源并联***的运行可靠性及负载的性能和寿命。另外，在主机故障时，还可以及时通知从机切换为主机，实现容错控制和向负载的不间断供电，有效提高了***的运行可靠性。

Description

一种电源并联***及其直流母线电压控制方法

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，特别涉及一种电源并联***及其直流母线电压控制方法。

背景技术

当前，制氢***的电解槽、电站储能***的电池或者电动汽车的动力电池等负载，对于其所需功率较大的场景，为其供电的电源***通常会采用多机并联的方式来实现。

以PWM(pulse width modulation，脉冲宽度调制)制氢电源并联***为例，其内部各制氢电源大多都采用整流(AC/DC)和直流降压(DC/DC)两级电路拓扑结构，在并联运行时，各台制氢电源要共用同一个源，输出端连接到同一个电解槽，为了抑制并联的高频环流，该电源并联***的各单元之间要进行载波同步，直流母线正负极也要连接到一起，因此现有技术中一般都采用基于PI(ProportionalIntegral，比例积分)的主从均流控制，即一台制氢电源作为主机、运行在电压模式，其余的N-1台制氢电源作为从机、运行在电流模式。

但因上述控制方案中的控制环路带宽不能无限制提高，使得对应电源并联***的动态性能较差，在源端或负载端功率快速变化时易导致输入和输出功率不匹配，出现直流母线电压骤升或骤降现象，影响电源并联***的运行可靠性以及负载的性能和寿命；因此，如何控制电源并联***中的直流母线电压稳定是急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种电源并联***及其直流母线电压控制方法，以实现对于直流母线电压的控制，提升电源并联***的动态响应性能。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请第一方面提供了一种电源并联***的直流母线电压控制方法，所述电源并联***包括至少两个直流母线并联连接的电源；所述直流母线电压控制方法包括：

各所述电源中的主机，判断所述电源并联***的直流母线电压是否处于第一预设范围内；

若所述直流母线电压处于所述第一预设范围以外，则所述主机控制自身的直流母线电压外环由PI控制模式切换为I控制模式。

可选的，所述主机控制自身的直流母线电压外环由PI控制模式切换为I控制模式，包括：

若所述直流母线电压小于所述第一预设范围的下限值，则所述主机控制有功电流给定值，在所述直流母线电压外环的控制器输出量基础之上递加；

若所述直流母线电压大于所述第一预设范围的上限值，则所述主机控制有功电流给定值，在所述直流母线电压外环的控制器输出量基础之上递减。

可选的，所述主机控制有功电流给定值递加或递减的步长为：所述电源并联***输入侧的额定电流与预设比例的乘积；

所述预设比例为：所述电源并联***的控制周期对其输入侧电流从零到所述额定电流的响应时间的比值。

可选的，在各所述电源中的主机，判断所述电源并联***的直流母线电压是否处于第一预设范围内之前，还包括：

所述主机判断所述直流母线电压是否处于第二预设范围内；所述第一预设范围属于所述第二预设范围；

若所述直流母线电压处于所述第二预设范围内，则所述主机执行判断所述电源并联***的直流母线电压是否处于第一预设范围内的步骤；

若所述直流母线电压处于所述第二预设范围以外，则所述主机从电压模式切换为开关管驱动禁止模式，使其整流电路运行于不控整流状态。

可选的，在所述主机从电压模式切换为开关管驱动禁止模式之后，还包括：

所述主机判断所述直流母线电压是否小于第三预设范围的下限值；所述第三预设范围属于所述第一预设范围；

若所述直流母线电压小于所述第三预设范围的下限值，则所述主机从所述开关管驱动禁止模式切换为所述电压模式。

可选的，所述主机从所述开关管驱动禁止模式切换为所述电压模式，包括：

所述主机将自身当前的有功电流瞬时反馈值赋值给所述直流母线电压外环控制器的积分输出；

所述主机将自身有功电流内环控制器的积分输出清零；

所述主机控制所述直流母线电压外环的给定值，从所述直流母线电压的当前值递变至直流母线额定电压。

可选的，在判断所述电源并联***的直流母线电压是否处于第一预设范围内之后，还包括：

若所述直流母线电压处于所述第一预设范围内，则所述主机判断所述直流母线电压是否处于第三预设范围内；所述第三预设范围属于所述第一预设范围；

若所述直流母线电压处于所述第三预设范围内，则所述主机确定所述直流母线电压外环当前的控制模式；

若所述直流母线电压外环当前的控制模式为PI控制模式，则所述主机维持当前的控制模式；

若所述直流母线电压外环当前的控制模式为I控制模式，则所述主机控制所述直流母线电压外环切换为PI控制模式。

可选的，所述主机控制所述直流母线电压外环切换为PI控制模式，包括：

所述主机将当前有功电流给定值赋值给所述直流母线电压外环控制器的积分输出；

所述主机控制所述直流母线电压外环的给定值，从所述直流母线电压的当前值递变至直流母线额定电压。

可选的，还包括：

所述主机通过通信，将有功给定值下发给各所述电源中的各个从机。

可选的，在所述主机从电压模式切换为开关管驱动禁止模式之后，还包括：

所述主机通过通信，控制各所述电源中的从机，从电流模式切换为所述开关管驱动禁止模式。

可选的，若所述直流母线电压小于所述第三预设范围的下限值，则还包括：

所述主机控制各所述电源中的从机，从所述开关管驱动禁止模式切换为电流模式。

可选的，所述主机控制各所述电源中的从机，从所述开关管驱动禁止模式切换为电流模式，包括：

所述主机通过通信下发开关管驱动禁止标志至各所述从机；

各所述从机分别根据所述开关管驱动禁止标志，将自身有功电流内环控制器的积分输出清零；

各所述从机分别根据所述主机下发的有功给定值运行于所述电流模式。

可选的，在所述主机对所述直流母线电压进行判断之前，还包括：

各所述电源完成主从机设置；所述主机运行于电压模式，各从机运行于电流模式。

可选的，在各所述电源完成主从机设置之后的任意时刻，还包括：

所述主机在出现故障时，通过通信控制任一从机切换为主机，使其由电流模式切换为电压模式。

可选的，由电流模式切换为电压模式的过程包括：

将自身当前的有功电流瞬时反馈值赋值给自身直流母线电压外环控制器的积分输出；

控制自身直流母线电压外环的给定值，从所述直流母线电压的当前值递变至直流母线额定电压。

可选的，在所述主机对所述直流母线电压进行判断之前，还包括：

所述主机确定各预设范围的上下限值。

本申请第二方面提供一种电源并联***，包括至少两个直流母线并联连接的电源，各所述电源通信连接，用于执行如上述第一方面任一种所述的电源并联***的直流母线电压控制方法。

可选的，各所述电源的输入侧，分别通过相应的输入开关，并联连接于所述电源并联***的输入侧；

各所述电源的输出侧，分别通过相应的直流负荷开关，并联连接于所述电源并联***的输出侧。

可选的，所述电源，包括：AC/DC变换器；

所述AC/DC变换器的交流侧连接所述电源的输入侧；

所述AC/DC变换器的直流侧连接所述直流母线，并连接所述电源的输出侧。

可选的，所述电源，还包括：DC/DC变换器；

所述DC/DC变换器设置于所述直流母线与所述电源的输出侧之间。

可选的，所述电源并联***的输入侧连接可再生能源发电***或者电网，所述电源并联***的输出侧连接电解槽或者充电电池。

本申请提供的电源并联***的直流母线电压控制方法，其通过各电源中的主机，判断电源并联***的直流母线电压是否处于第一预设范围内；若直流母线电压处于第一预设范围以外，则主机控制自身的直流母线电压外环由PI控制模式切换为I控制模式，以使有功电流给定值能够快速变化，实现对于直流母线电压的控制，提升电源并联***的动态响应性能，避免输入输出能量不匹配而影响电源并联***的运行可靠性及负载的性能和寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的主从式三相PWM整流器并联***的控制框图；

图2为本申请实施例提供的电源并联***的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的电源并联***的直流母线电压控制方法的流程图；

图4为本申请实施例提供的电源并联***的直流母线电压控制方法的另一流程图；

图5为本申请实施例提供的电源并联***的直流母线电压控制方法的另一流程图；

图6为本申请实施例提供的电源并联***的直流母线电压控制方法的另一流程图；

图7为本申请实施例提供的电源并联***的直流母线电压控制方法的另一流程图；

图8为本申请实施例提供的电源并联***的直流母线电压控制方法的另一流程图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

图1是主从式三相PWM整流器(AC/DC)并联***的控制框图，主机(如图1中所示的上面一台)工作在电压模式，其中并网有功功率采用直流母线电压外环和有功电流内环的双闭环控制，将直流母线电压给定U_{dc_ref}与直流母线电压的瞬时反馈值U_dc进行比较，生成的误差信号经过直流母线电压外环控制器G_v的闭环调节，其输出作为d轴电流(也即有功电流)的给定值I_{d_ref1}，I_{d_ref1}与三相电感电流的d轴分量瞬时反馈值I_d1做差，经过有功电流内环控制器G_{i_d}调制，输出有功功率调制信号U_{_d1}；并网无功功率只需采用无功电流内环的单闭环控制，由设定的无功功率值可得到q轴电流(也即无功电流)的给定值I_{q_ref1}，I_{q_ref1}与三相电感电流的q轴分量瞬时反馈值I_q1做差，经过无功电流内环控制器G_{i_q}调制，输出无功功率调制信号U_{_q1}。有功和无功功率调制信号U_{_d1}、U_{_q1}分别与电网电压前馈分量U_{g_d}、U_{g_q}叠加，可得到***控制环节总的调制信号。主机直流母线电压外环控制器G_v，有功和无功电流内环控制器G_{i_d}、G_{i_q}都采用PI调节器。其余各台从机(如图1中所示的下面一台，且图中仅以一台为例进行展示)工作在电流模式，在主机启动完成以后，从机根据接收到的主机有功和无功电流信息，得到d轴和q轴电流给定值I_{d_ref2}、I_{q_ref2}，电流给定值I_{d_ref2}、I_{q_ref2}分别与从机三相电感电流的d轴和q轴分量瞬时反馈值I_d2、I_q2作差，经过有功和无功电流内环控制器G_{i_d}、G_{i_q}调制，输出的有功和无功功率调制信号U_{_d2}、U_{_q2}分别与电网电压前馈分量U_{g_d}、U_{g_q}叠加，可得到***控制环节总的调制信号。从机有功和无功电流内环控制器G_{i_d}、G_{i_q}都采用比例-积分PI调节器。图1中所示的其他环节与现有技术相同，此处不再一一赘述。

当前，国内外许多文献的研究内容都集中在并联的稳态均流控制和环流抑制，但大多未涉及多机并联运行的动态响应问题。***的动态响应时间受限于控制器的环路带宽，输入输出能量不匹配会导致直流母线电压的骤升或骤降，其中直流母线电压的骤升将威胁到变换器中功率开关管器件的寿命；直流母线电压的骤降会引起负载电压的较大跌落，不仅严重影响负载的寿命和性能，而且可能会使电源并联***处于失控状态。PWM整流电源控制***采用的PI调节器属于相位滞后校正调节，可以提高***的稳态精度和改善***的稳定性，但是PI调节器是以牺牲快速性来换取***的稳定性，在工程上可以通过整定PI调节器的控制参数，特别是增大比例系数来提高***环路的带宽，但是环路带宽受到开关频率的限制(不能超过开关频率的一半)，而相位裕度受到环路控制与采样延迟的限制，控制***环路的带宽不能无限制的提高，PWM电源控制器应对输出负载功率的快速响应能力就遇到了瓶颈，特别是输出负载在空载和额定功率之间切换时，通过常规的PI调节很难有效抑制直流母线电压和输出电压的较大波动。

因此，本申请提供一种电源并联***的直流母线电压控制方法，以实现对于直流母线电压的控制，提升电源并联***的动态响应性能。

该电源并联***为主从式PWM电源并联***，如图2所示，包括多台电源；其中，每台电源的输入侧，分别通过相应的输入开关连接于该电源并联***的输入侧，进而连接同一个输入源，比如可再生能源或者电网；每台电源的直流母线，其正极和负极分别并联在一起；每台电源的输出侧，分别通过相应的直流负荷开关并联连接于该电源并联***的输出侧，进而连接同一个负载，比如电解槽或充电电池等；每台电源通过总线，比如CAN总线(下文以此为例进行说明)或Modbus总线等，实现通讯互连，具体可以由各自的通讯端口(如图2中所示的CAN通讯接口)进行互连。各台电源可以分别包括相应的AC/DC变换器(如图2中所示的AC/DC PWM整流)和DC/DC变换器(如图2中所示的DC/DC降压)，也可以仅有相应的AC/DC变换器，视其具体应用环境而定即可。

参见图3，该电源并联***的直流母线电压控制方法，包括：

S101、各电源中的主机，判断电源并联***的直流母线电压是否处于第一预设范围内。

该第一预设范围的上下限值，可以是在执行S101之前由主机所确定的；而且，主机可以同时为直流母线电压的比较，设置多个阈值，比如：第一高压阈值、第二高压阈值、第三高压阈值、第一低压阈值及第二低压阈值；其中，第三高压阈值>第二高压阈值>第一高压阈值>第一低压阈值>第二低压阈值；实际应用中，主机可以根据直流母线的额定电压U_{dc_ed}，来确定上述各个阈值，比如，可以设置第一高压阈值为1.025*U_{dc_ed}，第二高压阈值为1.05*U_{dc_ed}，第三高压阈值为1.1*U_{dc_ed}；该第二低压阈值可以根据输入电压峰值和DC/DC变换器输出额定电压来综合设定，取两者的最大值；该第一低压阈值可以设定为第二低压阈值的1.05倍，但并不仅限于此，该第一低压阈值的设定主要参考直流母线电压的正常波动范围即可。当然，此处仅为一种示例，实际应用中，根据额定电压与开关器件的最大耐受电压来综合设定即可，并不仅限于此。

该第一高压阈值和该第一低压阈值，构成PWM电源直流母线的正常工作范围，可以称之为第三预设范围；该第二高压阈值和该第二低压阈值是该第一预设范围的上下限值；该第三高压阈值以下，可以称之为第二预设范围。

主机实时检测直流母线电压，并将其与相应阈值仅限比较，若直流母线电压处于第一预设范围以外，则执行S102。

S102、主机控制自身的直流母线电压外环由PI控制模式切换为I控制模式。

PWM电源主机工作在电压模式，当直流母线电压在第一高压阈值和第一低压阈值之间时，电源主机的直流母线电压外环采用PI控制模式；当直流母线电压大于第二高压阈值，或小于第二低压阈值时，主机的直流母线电压外环切换到I控制模式，使有功电流给定值快速递加或递减。

本实施例提供的该电源并联***的直流母线电压控制方法，在直流母线电压处于第一预设范围以外时，通过主机控制自身的直流母线电压外环由PI控制模式切换为I控制模式，使有功电流给定值能够快速变化，实现对于直流母线电压的控制，提升电源并联***的动态响应性能，避免输入输出能量不匹配而影响电源并联***的运行可靠性及负载的工作性能和寿命。

在上一实施例的基础之上，该直流母线电压控制方法中，其S102具体可以包括：若直流母线电压小于第一预设范围的下限值，则主机控制有功电流给定值，在直流母线电压外环的控制器输出量基础之上递加；若直流母线电压大于第一预设范围的上限值，则主机控制有功电流给定值，在直流母线电压外环的控制器输出量基础之上递减。

而且，主机控制有功电流给定值递加或递减的步长为：电源并联***输入侧的额定电流与预设比例的乘积；该预设比例为：电源并联***的控制周期T_s对其输入侧电流从零到额定电流I_ed的响应时间T的比值，也即，该步长ΔI的计算式为：

具体的，该S102可以包括：

(1)将当前直流母线电压外环的PI控制器所输出的控制量，赋值给有功电流给定值I_{d_ref1}。

(2)如果直流母线电压小于第二低压阈值，有功电流给定值I_{d_ref1}在每个控制周期T_s内以步长ΔI进行积分递加，即：I_{d_ref1}＝I_{d_ref1}+ΔI。

(3)如果直流母线电压大于第二高压阈值，有功电流给定值I_{d_ref1}在每个控制周期T_s内以步长ΔI进行积分递减，即：I_{d_ref1}＝I_{d_ref1}-ΔI。

而且，在任意时刻(图中以S102之后进行展示)，该直流母线电压控制方法，还可以进一步包括图4中所示的：

S201、主机通过通信，将有功给定值下发给各电源中的各个从机。

该有功给定值可以是有功电流给定值，也可以是有功功率给定值，视其具体应用环境而定即可，此处不做限定。实际应用中，该主机可以通过高速CAN通讯总线，将有功电流给定值发送给各台从机，控制各从机与主机同步递加或递减有功电流，实现对于各从机的同步控制。

在上述实施例的基础之上，更进一步的，当直流母线电压大于第三高压阈值时，该主机可以切换到开关管驱动禁止模式，关闭AC/DC变换器的开关管驱动，使其由可控整流转为不控整流。

参见图5(以在图3的基础上为例进行展示)，此时，该直流母线电压控制方法，在S101之前，还包括：

S301、主机判断直流母线电压是否处于第二预设范围内。

该第二预设范围，是指第三高压阈值以下，也即，该第一预设范围属于第二预设范围；若直流母线电压处于第二预设范围以外，则说明直流母线电压过高，此时执行S302。若直流母线电压处于第二预设范围内，则执行S101。

S302、主机从电压模式切换为开关管驱动禁止模式，使其整流电路运行于不控整流状态。

而且，当直流母线电压下降至第一低压阈值之后，可以再次将其切换回电压模式；也即，在S302之后，该直流母线电压控制方法，还可以进一步包括图5中所示的：

S303、主机判断直流母线电压是否小于第三预设范围的下限值。

第三预设范围的上限值为第一高压阈值，第三预设范围的下限值为第一低压阈值，因此，该第三预设范围属于第一预设范围。

若直流母线电压小于第三预设范围的下限值，则执行S304。

S304、主机从开关管驱动禁止模式切换为电压模式。

该S304的过程，具体包括：

(1)主机将自身当前的有功电流瞬时反馈值I_d1赋值给直流母线电压外环控制器的积分输出。

(2)主机将自身有功电流内环控制器的积分输出清零。

(3)主机将直流母线电压的当前值(也即直流母线电压的瞬时反馈值)U_dc，赋值给直流母线电压外环的给定值(也即直流母线电压给定)U_dcref。

(4)主机控制直流母线电压外环的给定值U_{dc_ref}，在每个控制周期内以步长ΔU进行递加，即；U_{dc_ref}＝U_{dc_ref}+ΔU，直至U_{dc_ref}＝U_{dc_ed}。其中，U_{dc_ed}为直流母线额定电压，步长ΔU可以设定为较小值，比如0.001*U_{dc_ed}，但并不仅限于此。

另外，借助于主从机之间的通讯互连，在S302之后，该直流母线电压控制方法，还可以进一步包括图6(结合图4和图5所示)中所示的：

S202、主机通过通信，控制各电源中的从机，从电流模式切换为开关管驱动禁止模式。

同理，若直流母线电压小于第三预设范围的下限值，则该直流母线电压控制方法还包括图6中所示的：

S203、主机控制各电源中的从机，从开关管驱动禁止模式切换为电流模式。

实际应用中，主机可以通过开关管驱动禁止标志来实现S202和S203，具体的：在执行S302时，主机可以同时将该开关管驱动禁止标志置1，然后通过通讯将其发送至各个从机，实现S202；而在执行S304时，主机可以同时将该开关管驱动禁止标志清0，并通过通讯将其发送至各个从机，实现S203。

优选的，主机可以通过高速CAN通讯总线，将有功电流给定值和开关管驱动禁止标志发送给各台从机，控制从机与主机同步递加或递减有功电流，或者关闭AC/DC变换器的开关管驱动。

而且，该S203具体可以包括：主机通过通信下发开关管驱动禁止标志至各从机；各从机分别根据该开关管驱动禁止标志，将自身有功电流内环控制器的积分输出清零；然后，各从机分别根据主机下发的有功给定值运行于电流模式。

在上述实施例的基础之上，优选的，该直流母线电压控制方法，参见图7(以在图5的基础上为例进行展示)，其在S101之后，还进一步包括：若直流母线电压处于第一预设范围内，则执行S103。

S103、主机判断直流母线电压是否处于所述第三预设范围内。

该第三预设范围属于第一预设范围；若该直流母线电压处于该第三预设范围内，则执行S104。

S104、主机确定直流母线电压外环当前的控制模式。

若直流母线电压外环当前的控制模式为PI控制模式，则主机维持当前的控制模式。若直流母线电压外环当前的控制模式为I控制模式，则执行S105。

S105、主机控制直流母线电压外环切换为PI控制模式。

该S105具体可以包括：

(1)主机将当前有功电流给定值I_{d_ref1}，赋值给直流母线电压外环控制器的积分输出。

(2)主机将直流母线电压的当前值U_dc，赋值给直流母线电压外环的给定值U_{dc_ref}。

(3)如果直流母线电压外环的给定值U_{dc_ref}大于直流母线额定电压U_{dc_ed}，则控制该直流母线电压外环的给定值U_{dc_ref}在每个控制周期内以步长ΔU进行递减，即；U_{dc_ref}＝U_{dc_ref}-ΔU，直至U_{dc_ref}＝U_{dc_ed}。

(4)如果直流母线电压外环的给定值U_{dc_ref}小于直流母线额定电压U_{dc_ed}，则控制该直流母线电压外环的给定值U_{dc_ref}在每个控制周期内以步长ΔU进行递加，即；U_{dc_ref}＝U_{dc_ref}+ΔU，直至U_{dc_ref}＝U_{dc_ed}。

由于当前直流母线电压(也即直流母线电压的当前值)U_dc已经处于第一高压阈值和第一低压阈值之间的正常范围内，为避免再次触发大于第二高压阈值或小于第二低压阈值的异常状态，该步长ΔU可以设定为较小值，比如0.001*U_{dc_ed}，但并不仅限于此。

在上述实施例的基础之上，优选的，该直流母线电压控制方法，在主机对直流母线电压进行判断之前，还包括图8(以在图7的基础上为例进行展示)中所示的：

S100、各电源完成主从机设置。

实际应用中，可以根据PWM电源并联***中各电源的编号，将编号最小的电源作为主机，其它电源作为从机，完成主从机设置。

具体的，各电源可以通过CAN通讯总线发送包含各自编号n的运行状态信息，并接收和识别电源并联***其它电源的编号，然后与各自的编号作比较，其中n＝1,…,N，N是***中并联运行的电源总台数；实际应用中，可以设置编号最小的电源作为主从式PWM电源并联***的主机，其它各台电源作为主从式PWM电源并联***的从机；或者，也可以设置其它电源，比如编号最大的电源，作为主机，而其它各台电源作为从机；视其具体应用环境而定即可，此处不做限定。

然后，主机闭合自身所接的输入开关和直流负荷开关，以电压模式运行，采用直流母线电压外环和有功电流内环的双闭环控制，在公共的直流母线上建立电压，其CAN通讯邮箱工作在发送模式，并通过高速CAN通讯总线，将相关信息通过数据帧实时共享给各台从机。

该主机通过高速CAN通讯总线发送给各台从机的数据帧，具体包含下列信息：(1)直流母线电压外环输出的有功电流给定值；(2)开关管驱动禁止标志；(3)故障标志。

各从机分别闭合各自的输入开关和直流负荷开关，以电流模式运行，其CAN通讯邮箱工作在接收模式。

值得说明的是，若主机发生故障，为保证整个***还能够继续运行，此时，主机可以通过高速CAN通讯总线将故障标志发送给全部从机，然后按照预设规则选择任一从机，比如与原主机相邻的从机，使该从机自动切换为新的主机，并将其控制模式由电流模式切换为电压模式。

也即，该直流母线电压控制方法，在S100之后的任意时刻，还可以进一步包括图8(结合图6和图7所示)中所示的：

S105、主机在出现故障时，通过通信控制任一从机切换为主机，使其由电流模式切换为电压模式。

而且，相应从机切换后主机后，由电流模式切换为电压模式的过程，具体可以包括：

(1)将自身当前的有功电流瞬时反馈值I_dn(n是切换为主机的从机编号)，赋值给自身直流母线电压外环控制器的积分输出。

(2)将直流母线电压的当前值U_dc，赋值给自身直流母线电压外环的给定值U_{dc_ref}。

(3)如果直流母线电压外环的给定值U_{dc_ref}大于直流母线额定电压U_{dc_ed}，则控制直流母线电压外环的给定值U_{dc_ref}在每个控制周期内以步长ΔU进行递减，即；U_{dc_ref}＝U_{dc_ref}-ΔU，直至U_{dc_ref}＝U_{dc_ed}。

(4)如果直流母线电压外环给定值U_{dc_ref}小于直流母线额定电压U_{dc_ed}，则控制直流母线电压外环的给定值U_{dc_ref}在每个控制周期内以步长ΔU进行递加，即；U_{dc_ref}＝U_{dc_ref}+ΔU，直至U_{dc_ref}＝U_{dc_ed}。

该步长ΔU可以设定为较小值，比如0.001*U_{dc_ed}，但并不仅限于此。

本实施例在电源主机发生故障的情况下，通过高速CAN通讯将故障标志即时通知全部电源从机，按照预设规则选择任一电源从机，比如相邻的电源从机，使其自动切换为主机，并将其控制模式由电流模式切换为电压模式，CAN通讯邮箱相应地由接收模式切换到发送模式，实现了电源并联***的容错控制和向负载的不间断供电，有效提高了***的运行可靠性。

下面对该主从式PWM电源并联***的直流母线电压控制方法，给出一个完整过程的示例，其具体包括以下步骤：

步骤1：各电源完成主从机设置，其具体过程可以参见S100的介绍，此处不再赘述；然后主机继续进行步骤2，其它各台从机跳转执行步骤3。

步骤2：主机闭合输入开关和直流负荷开关，以电压模式运行，采用直流母线电压外环和有功电流内环的双闭环控制，在公共直流母线上建立电压，CAN通讯邮箱工作在发送模式，并通过高速CAN通讯总线，将相关信息通过数据帧实时共享给各台从机，然后跳转执行步骤4。该数据帧所包含信息有：(1)直流母线电压外环输出的有功电流给定值；(2)开关管驱动禁止标志；(3)故障标志。

步骤3：各台从机分别闭合各自的输入开关和直流负荷开关，以电流模式运行，CAN通讯邮箱工作在接收模式，然后跳转执行步骤15。

步骤4：主机实时检测直流母线电压，并根据直流母线的额定电压U_{dc_ed}，确定直流母线电压的第一、第二、第三高压阈值，和，第一、第二低压阈值。各阈值的具体设置可以参见上述实施例，此处不再赘述。

步骤5：主机判断直流母线电压是否大于第三高压阈值，如果大于第三高压阈值，则跳转执行步骤11，否则继续执行步骤6。

步骤6：主机判断直流母线电压是否大于第二高压阈值，如果大于第二高压阈值，则跳转执行步骤8，否则继续执行步骤7。

步骤7：主机判断直流母线电压是否小于第二低压阈值，如果小于第二低压阈值，则继续执行步骤8，否则跳转执行步骤9。

步骤8：主机直流母线电压外环由PI控制模式切换到I控制模式。该步骤的具体过程参见上述实施例即可，此处不再赘述。

步骤9：主机判断直流母线电压是否在第一高压阈值和第一低压阈值之间，如果满足条件，则继续执行步骤10。

步骤10：判断主机直流母线电压外环的控制模式，如果是PI控制模式，则跳转执行步骤14；如果是I控制模式，则由I控制模式切换到PI控制模式，然后跳转执行步骤14。其中，主机直流母线电压外环由I控制模式切换到PI控制模式的具体过程参见上述实施例即可，此处不再赘述。

步骤11：主机由电压模式切换到开关管驱动禁止模式，关闭AC/DC变换器的开关管驱动，由可控整流转为不控整流，同时将高速CAN通讯总线发送给各台从机数据帧包含的开关管驱动禁止标志置1。

步骤12：主机判断直流母线电压是否小于第一低压阈值，如果满足条件，则继续执行步骤13。

步骤13：主机由开关管驱动禁止模式切换到电压模式，同时将高速CAN通讯总线发送给各台从机数据帧包含的开关管驱动禁止标志清0。其中，主机由开关管驱动禁止模式切换到电压模式的具体过程参见上述实施例即可，此处不再赘述。

步骤14：主机实时判断自身是否发生故障，如果发生故障，主机停机并断开输入和输出开关，同时将高速CAN通讯总线发送给各台从机数据帧包含的故障标志置1。

步骤15：从机通过CAN通讯总线接收来自主机的有功电流给定信号，采用有功电流内环PI控制器实现对该信号的闭环跟踪，并实时判断通过CAN通讯总线接收到的开关管驱动禁止标志是否为1，如果是1，则继续执行步骤16，否则跳转执行步骤18。

步骤16：从机由电流模式切换到开关管驱动禁止模式，关闭AC/DC变换器的开关管驱动，由可控整流转为不控整流。

步骤17：从机实时判断通过CAN通讯总线接收到的开关管驱动禁止标志是否为0，如果是0，则继续执行步骤18。

步骤18：判断从机的工作模式，如果是电流模式，则继续执行步骤19；如果是开关管驱动禁止模式，则将有功电流内环PI控制器的积分输出清0，然后由开关管驱动禁止模式切换到电流模式。

步骤19：各台从机实时判断通过CAN通讯总线接收到的主机故障标志是否为1，如果是1，则将任一从机，比如步骤1中确定的编号与主机相邻的从机，切换为主机，其工作模式由电流模式切换到电压模式，CAN通讯邮箱由接收模式切换到发送模式。

该直流母线电压控制方法，可以通过主机检测直流母线电压，并设定第一、第二、第三高压阈值，和，第一、第二低压阈值，然后根据上述各阈值，使直流母线电压外环在PI控制模式和I控制模式之间切换，并在I控制模式，使有功电流给定值快速递加或递减，特别是当直流母线电压大于第三高压阈值时，主机切换到开关管驱动禁止模式，通过关闭AC/DC变换器的开关管驱动来抑制直流母线电压的升高；同时主机通过高速CAN通讯总线，将有功给定值和开关管驱动禁止标志发送给各台从机，控制从机与主机同步递加或递减有功电流，或者关闭AC/DC变换器的开关管驱动，从而解决输入和负载功率不匹配所有引起的直流母线电压骤升或骤降问题，有效提升PWM电源并联***应对输入或输出端功率快速变化的动态响应性能。

而且，通过上述主机在PI控制模式和I控制模式之间、开关管驱动禁止模式和电压模式之间以及从机在电流模式和电压模式之间的切换过程，可以实现电源主从机在各种控制模式之间的平滑切换和过渡，有效避免输入、输出电流的冲击和直流母线电压的较大波动。

另外，在主机发生故障的情况下，该直流母线电压控制方法，可以通过高速CAN通讯将故障标志及时通知从机，使其自动切换为主机，并将其控制模式由电流模式切换为电压模式，CAN通讯邮箱相应地由接收模式切换到发送模式，实现了电源并联***的容错控制和向负载的不间断供电，有效提高了***的运行可靠性。

本申请另一实施例还提供了一种电源并联***，其如图2所示，包括至少两个直流母线并联连接的电源(如图2中所示的电源1至电源N)，各电源通信连接，用于执行上述任一实施例所述的电源并联***的直流母线电压控制方法；该直流母线电压控制方法的具体过程和原理参见上述实施例即可，此处不再一一赘述。

实际应用中，各电源的输出侧，分别通过相应的直流负荷开关，并联连接于该电源并联***的输出侧。而各电源的输入侧，分别通过相应的输入开关(如图2中所示的交流输入开关)，并联连接于该电源并联***的输入侧。

该电源并联***可以应用于制氢领域，作为制氢电源并联***，此时，其输入侧可以连接电网，比如交流电网，也可以连接至可再生能源发电***的输出端，而其输出侧连接的负载是电解槽；该电源并联***也可以应用于充电领域，作为充电电源并联***，此时，其输入侧可以连接电网，也可以连接至可再生能源发电***的输出端，而其输出侧连接的负载可以是储能***的电池，也可以是电动汽车的动力电池，还可以是其他可以充放电的电池；本申请对其输入侧所接的源和输出侧所接的负载均不做限定，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。也即，该直流母线电压控制方法可以适用于电源并联***中因输入输出能量不匹配引起的直流母线电压失控场合，可再生能源制氢只是其中一种情况，当采用电网制氢时因电解槽负载突变也会同样存在直流母线电压失控的问题，因此，该方法也可以同样适用；充电及其他领域与此类似，不再赘述。

如图2中所示，该电源，可以包括：AC/DC变换器(如图中所示的AC/DC PWM整流)和DC/DC变换器(如图中所示的DC/DC降压)；其中，该AC/DC变换器的交流侧作为电源的输入侧；AC/DC变换器的直流侧通过直流母线连接DC/DC变换器的一侧；DC/DC变换器的一侧作为电源的输出侧。

或者，该电源也可以仅包括AC/DC变换器，也即仅包括图2中所示的AC/DC PWM整流，而省略掉图2中所示的DC/DC降压；此时，该AC/DC变换器的交流侧作为电源的输入侧，该AC/DC变换器的直流侧作为电源的输出侧，并通过直流母线并联连接。

当各电源的输入侧并联连接至可再生能源发电***的输出端时，各电源也可以采用其他形式的变换结构，只要能够实现输入侧与输出侧之间的功率变换即可，此处不做限定。

本说明书中的各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***或***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的***及***实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，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、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。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。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (21)

1.一种电源并联***的直流母线电压控制方法，其特征在于，所述电源并联***包括至少两个直流母线并联连接的电源；所述直流母线电压控制方法包括：

各所述电源中的主机，判断所述电源并联***的直流母线电压是否处于第一预设范围内；

若所述直流母线电压处于所述第一预设范围以外，则所述主机控制自身的直流母线电压外环由比例-积分PI控制模式切换为纯积分I控制模式。

2.根据权利要求1所述的电源并联***的直流母线电压控制方法，其特征在于，所述主机控制自身的直流母线电压外环由PI控制模式切换为I控制模式，包括：

若所述直流母线电压小于所述第一预设范围的下限值，则所述主机控制有功电流给定值，在所述直流母线电压外环的控制器输出量基础之上递加；

若所述直流母线电压大于所述第一预设范围的上限值，则所述主机控制有功电流给定值，在所述直流母线电压外环的控制器输出量基础之上递减。

3.根据权利要求2所述的电源并联***的直流母线电压控制方法，其特征在于，所述主机控制有功电流给定值递加或递减的步长为：所述电源并联***输入侧的额定电流与预设比例的乘积；

所述预设比例为：所述电源并联***的控制周期对其输入侧电流从零到所述额定电流的响应时间的比值。

4.根据权利要求1所述的电源并联***的直流母线电压控制方法，其特征在于，在各所述电源中的主机，判断所述电源并联***的直流母线电压是否处于第一预设范围内之前，还包括：

所述主机判断所述直流母线电压是否处于第二预设范围内；所述第一预设范围属于所述第二预设范围；

若所述直流母线电压处于所述第二预设范围内，则所述主机执行判断所述电源并联***的直流母线电压是否处于第一预设范围内的步骤；

若所述直流母线电压处于所述第二预设范围以外，则所述主机从电压模式切换为开关管驱动禁止模式，使其整流电路运行于不控整流状态。

5.根据权利要求4所述的电源并联***的直流母线电压控制方法，其特征在于，在所述主机从电压模式切换为开关管驱动禁止模式之后，还包括：

所述主机判断所述直流母线电压是否小于第三预设范围的下限值；所述第三预设范围属于所述第一预设范围；

若所述直流母线电压小于所述第三预设范围的下限值，则所述主机从所述开关管驱动禁止模式切换为所述电压模式。

6.根据权利要求5所述的电源并联***的直流母线电压控制方法，其特征在于，所述主机从所述开关管驱动禁止模式切换为所述电压模式，包括：

所述主机将自身当前的有功电流瞬时反馈值赋值给所述直流母线电压外环控制器的积分输出；

所述主机将自身有功电流内环控制器的积分输出清零；

所述主机控制所述直流母线电压外环的给定值，从所述直流母线电压的当前值递变至直流母线额定电压。

7.根据权利要求1所述的电源并联***的直流母线电压控制方法，其特征在于，在判断所述电源并联***的直流母线电压是否处于第一预设范围内之后，还包括：

若所述直流母线电压处于所述第一预设范围内，则所述主机判断所述直流母线电压是否处于第三预设范围内；所述第三预设范围属于所述第一预设范围；

若所述直流母线电压处于所述第三预设范围内，则所述主机确定所述直流母线电压外环当前的控制模式；

若所述直流母线电压外环当前的控制模式为PI控制模式，则所述主机维持当前的控制模式；

若所述直流母线电压外环当前的控制模式为I控制模式，则所述主机控制所述直流母线电压外环切换为PI控制模式。

8.根据权利要求7所述的电源并联***的直流母线电压控制方法，其特征在于，所述主机控制所述直流母线电压外环切换为PI控制模式，包括：

所述主机将当前有功电流给定值赋值给所述直流母线电压外环控制器的积分输出；

所述主机控制所述直流母线电压外环的给定值，从所述直流母线电压的当前值递变至直流母线额定电压。

9.根据权利要求1至8任一项所述的电源并联***的直流母线电压控制方法，其特征在于，还包括：

所述主机通过通信，将有功给定值下发给各所述电源中的各个从机。

10.根据权利要求4至6任一项所述的电源并联***的直流母线电压控制方法，其特征在于，在所述主机从电压模式切换为开关管驱动禁止模式之后，还包括：

所述主机通过通信，控制各所述电源中的从机，从电流模式切换为所述开关管驱动禁止模式。

11.根据权利要求5或6所述的电源并联***的直流母线电压控制方法，其特征在于，若所述直流母线电压小于所述第三预设范围的下限值，则还包括：

所述主机控制各所述电源中的从机，从所述开关管驱动禁止模式切换为电流模式。

12.根据权利要求11所述的电源并联***的直流母线电压控制方法，其特征在于，所述主机控制各所述电源中的从机，从所述开关管驱动禁止模式切换为电流模式，包括：

所述主机通过通信下发开关管驱动禁止标志至各所述从机；

各所述从机分别根据所述开关管驱动禁止标志，将自身有功电流内环控制器的积分输出清零；

各所述从机分别根据所述主机下发的有功给定值运行于所述电流模式。

13.根据权利要求1至8任一项所述的电源并联***的直流母线电压控制方法，其特征在于，在所述主机对所述直流母线电压进行判断之前，还包括：

各所述电源完成主从机设置；所述主机运行于电压模式，各从机运行于电流模式。

14.根据权利要求13所述的电源并联***的直流母线电压控制方法，其特征在于，在各所述电源完成主从机设置之后的任意时刻，还包括：

所述主机在出现故障时，通过通信控制任一从机切换为主机，使其由电流模式切换为电压模式。

15.根据权利要求14所述的电源并联***的直流母线电压控制方法，其特征在于，由电流模式切换为电压模式的过程包括：

将自身当前的有功电流瞬时反馈值赋值给自身直流母线电压外环控制器的积分输出；

控制自身直流母线电压外环的给定值，从所述直流母线电压的当前值递变至直流母线额定电压。

16.根据权利要求1至8任一项所述的电源并联***的直流母线电压控制方法，其特征在于，在所述主机对所述直流母线电压进行判断之前，还包括：

所述主机确定各预设范围的上下限值。

17.一种电源并联***，其特征在于，包括至少两个直流母线并联连接的电源，各所述电源通信连接，用于执行如权利要求1至16任一项所述的电源并联***的直流母线电压控制方法。

18.根据权利要求17所述的电源并联***，其特征在于，各所述电源的输入侧，分别通过相应的输入开关，并联连接于所述电源并联***的输入侧；

各所述电源的输出侧，分别通过相应的直流负荷开关，并联连接于所述电源并联***的输出侧。

19.根据权利要求18所述的电源并联***，其特征在于，所述电源，包括：AC/DC变换器；

所述AC/DC变换器的交流侧连接所述电源的输入侧；

所述AC/DC变换器的直流侧连接所述直流母线，并连接所述电源的输出侧。

20.根据权利要求19所述的电源并联***，其特征在于，所述电源，还包括：DC/DC变换器；

所述DC/DC变换器设置于所述直流母线与所述电源的输出侧之间。

21.根据权利要求17至20任一项所述的电源并联***，其特征在于，所述电源并联***的输入侧连接可再生能源发电***或者电网，所述电源并联***的输出侧连接电解槽或者充电电池。

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