绕组开路式永磁电机发电系统的能量分配控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种绕组开路式永磁电机发电系统的能量分配控制方法，首先，获取电枢绕组电流转矩分量的期望值；其次，根据蓄电池电压和外部能量分配指令确定蓄电池期望输出电流；将蓄电池期望输出电流与蓄电池输出电流的差值经过比例积分调节器后，得到每相电枢绕组电流调功分量的期望幅值；然后，计算电枢绕组电流的期望值：最后，比较电枢绕组电流的期望值与实际测得的电枢绕组电流，得到开关状态，控制绕组开路式永磁电机发电系统的三相桥式逆变器。本发明专利技术能量分配方法在绕组开路式永磁电机电枢绕组电流中注入调功分量，实现蓄电池能量和内燃机能量的有效控制，同时不增加励磁绕组和励磁功率变换器，保证了系统的高效率，高集成度和低成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电机控制
，具体涉及一种绕组开路式永磁电机发电系统的能 量分配控制方法。
技术介绍
混合动力汽车是指车辆驱动系由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成 的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或共同提供。因各个 组成部件、布置方式和控制策略的不同，形成了多种分类形式。混合动力车辆的节能、低排 放等特点引起了汽车界的极大关注并成为目前汽车研究与开发的一个重点。混合动力汽车 优点如下：（1)采用复合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于 油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少 时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故 其行程和普通汽车一样。（2)因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的 能量。（3)在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现"零"排放。（4)有了内燃机 可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。（5)可以利用现 有的加油站加油，不必再投资。（6)可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延 长其使用寿命，降低成本。（7)动力性优于同排量的传统内燃机汽车，尤其是在车辆起步加 速时，电动机可以有效地弥补内燃机低转速扭矩力不足的弱点，而且有效的减少了汽车内 部的机械的噪音。 作为混合动力汽车的关键系统，起动发电系统应具有能量密度高、转速范围宽、 混合动力能量分配易于调节的特点。其发电机的拓扑结构和控制方法对系统性能影响很 大。异步电机、开关磁阻电机、电励磁同步电机、电励磁双凸极电机、电励磁磁通切换电 机具有良好的磁场调节能力和电压调节能力，可以作为发电机来使用。然而在效率和能 量密度等指标上，以上电机要逊色于永磁电机。专利《绕组开路型永磁电机车载起动发 电系统及控制方法（201010500053. 1)》和《一种故障容错性永磁发电系统及其控制方法 (201210074758. 0)》公布了一种绕组开路型永磁电机车载起动发电系统及控制方法，所述 系统由绕组开路型永磁电机、三相整流桥、三相桥式变换器、切换开关、滤波电容、蓄电池、 控制器、电压电流检测电路、驱动电路及负载组成。所述方法绕组开路型永磁电机绕组端部 一侧通过三相整流桥和滤波电容构成整流侧给负载供电，另一侧通过三相桥式变换器与蓄 电池相连构成逆变控制侧，通过切换开关实现起动、发电运行状态切换，起动控制采用单电 流闭环矢量控制，发电运行采用整流侧直流电压、电机相电流双闭环控制，实现输出电压稳 定和发电机高效率运行控制。 然而，专利《绕组开路型永磁电机车载起动发电系统及控制方法 (201010500053. 1)》和《一种故障容错性永磁发电系统及其控制方法（201210074758. 0)》 公布的系统存在着蓄电池能量不可控的不足。文献《一种新型绕组开路型永磁电机起动/ 发电系统，中国电机工程学报，2011，Vol. 31(36) :86-94》指出发电机高速运行而发电系统 轻载时，蓄电池一直处于充电状态，且充电能量不可控；而发电机低速运行而发电系统重载 时，蓄电池一直处于放电状态，且放电能量不可控。 文献CN103427742A提出了一种绕组开路式混合励磁电机发电系统及其能量分配 方法，该能量分配方法对蓄电池输出电流和蓄电池期望输出电流的差值作比例积分调节， 再与励磁绕组电流比较，产生励磁电流控制变换器的开关状态，控制励磁电流，实现蓄电池 能量和内燃机能量的有效控制。然而，与专利《绕组开路型永磁电机车载起动发电系统及控 制方法（201010500053. 1)》相比，文献CN103427742A提出的系统增加了励磁绕组和励磁绕 组变换器，增加了系统的体积和成本，励磁绕组的铜耗降低了发电机和系统的效率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种绕组开路式永磁电机发电系统的能量分 配控制方法，在不增加励磁绕组和变换器地前提下，解决了现有技术中永磁电机能量不能 够的到有效调节的问题。 本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案： ，包括如下步骤： 步骤1、预先设定期望输出电压，测量实际输出电压数值，将期望输出电压与实际 输出电压相减的差值经过比例积分调节器后，得到电枢绕组电流转矩分量的期望幅值，每 相电枢绕组电流转矩分量的相位与每相电枢绕组空载反电势的相位相同，根据每相电枢绕 组电流转矩分量的相位和电枢绕组电流转矩分量的期望幅值得到电枢绕组电流转矩分量 的期望值； 步骤2、根据蓄电池电压和外部能量分配指令确定蓄电池期望输出电流； 步骤3、蓄电池期望输出电流与蓄电池输出电流的差值经过比例积分调节器后，得 到绕组开路式永磁电机每相电枢绕组电流调功分量的期望幅值，该绕组开路式永磁电机电 枢绕组电流调功分量的相位超前每相电枢绕组空载反电势相位90度； 步骤4、根据电枢绕组电流转矩分量的期望值和电枢绕组电流调功分量的期望值 计算电枢绕组电流的期望值： 步骤5、比较电枢绕组电流的期望值与实际测得的电枢绕组电流，得到开关状态， 控制绕组开路式永磁电机发电系统的三相桥式逆变器。 所述步骤4的计算公式如下： 电枢绕组电流的期望值=电枢绕组电流转矩分量的期望值+电枢绕组电流调功 分量的期望值。 所述绕组开路式永磁电机发电系统，包括三相桥式逆变器，所述三相桥式逆变器 包括a、b、c三相，其中，a相包括第一、第二开关管，b相包括第三、第四开关管，c相包括第 五、第六开关管，所述步骤5的具体过程如下： 计算a、b、c三相电枢绕组电流的期望值与实际测得的电枢绕组电流的差值DIa、 DIb、DIC， 当Δ Ia> 〇时，三相全桥逆变器第一开关管开关状态为1，三相全桥逆变器第二开 关管开关状态为〇， 当Λ Ib> 0时，三相全桥逆变器第三开关管开关状态为1，三相全桥逆变器第四开 关管开关状态为〇， 当△ I。多0时，三相全桥逆变器第五开关管开关状态为1，三相全桥逆变器第六开 关管开关状态为〇， 当Δ Ia< 〇时，三相全桥逆变器第一开关管开关状态为〇,三相全桥逆变器第二开 关管开关状态为1， 当Δ Ib< 〇时，三相全桥逆变器第三开关管开关状态为〇,三相全桥逆变器第四开 关管开关状态为1， 当△ 1。< 0时，三相全桥逆变器第五开关管开关状态为0,三相全桥逆变器第六开 关管开关状态为1。 所述三相电枢绕组电流的期望值采用如下公式计算： 其中，q为绕组开路式永磁电机空载反电势综合矢量与绕组开路式永磁电机两相 静止α β坐标系中α轴的夹角，为绕组开路式永磁电机电枢绕组电流转矩分量的期望 幅值，为绕组开路式永磁电机电枢绕组电流调功分量的期望幅值。 所述绕组开路式永磁电机发电系统，包括绕组开路式永磁电机、三相二极管不控 整流桥、三相桥式逆变器、第一滤波电容、第二滤波电容、蓄电池、输出电压传感器、电枢电 流传感器、转子位置传感器； 所述绕组开路式永磁电机的三相电枢绕组设置电枢电流传感器，所述蓄电池的输 出端设置蓄电池电流传感器； 所述绕组开路式永磁电机三相电枢绕组的一端与三相二极管不控整流桥的输入 端连接，三相二极管不控整流桥的输出端分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
绕组开路式永磁电机发电系统的能量分配控制方法，其特征在于,包括如下步骤：步骤1、预先设定期望输出电压，测量实际输出电压数值，将期望输出电压与实际输出电压相减的差值经过比例积分调节器后，得到电枢绕组电流转矩分量的期望幅值，每相电枢绕组电流转矩分量的相位与每相电枢绕组空载反电势的相位相同，根据每相电枢绕组电流转矩分量的相位和电枢绕组电流转矩分量的期望幅值得到电枢绕组电流转矩分量的期望值；步骤2、根据蓄电池电压和外部能量分配指令确定蓄电池期望输出电流；步骤3、蓄电池期望输出电流与蓄电池输出电流的差值经过比例积分调节器后，得到绕组开路式永磁电机每相电枢绕组电流调功分量的期望幅值，该绕组开路式永磁电机电枢绕组电流调功分量的相位超前每相电枢绕组空载反电势相位90度；步骤4、根据电枢绕组电流转矩分量的期望值和电枢绕组电流调功分量的期望值计算电枢绕组电流的期望值：步骤5、比较电枢绕组电流的期望值与实际测得的电枢绕组电流，得到开关状态，控制绕组开路式永磁电机发电系统的三相桥式逆变器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，刘慧，邓智泉，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32