一种高速磁悬浮储能飞轮放电系统的PWM整流方法技术方案

一种高速磁悬浮储能飞轮放电系统的PWM整流方法。本方法的磁悬浮储能飞轮电机（3）三相U、V、W分别接入三相PWM整流器（4）的a、b、c三相；当控制系统（8）和驱动及保护系统（6）没有产生控制信号驱动三相PWM整流器（4）时，三相PWM整流器（4）的6个开关管V1、V2、V3、V4、V5、V6处于未工作状态，磁悬浮储能飞轮电机（3）三相反电动势通过三相PWM整流器（4）上的二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4、二极管VD5、二极管VD6实现自然整流，将磁悬浮储能飞轮电机（3）的三相反电动势整流为直流电压，再对电容充电和驱动直流侧负载（5）。本发明专利技术用于高速磁悬浮储能飞轮放电系统的PWM整流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高速磁悬浮储能飞轮放电系统的PWM整流方法。
技术介绍
随着石油、煤矿等不可再生能源的过渡开采，人类正面临着日益严重的能源问题，同时能源紧缺也成为制约我国经济稳定发展的重要因素。研究新能源，开发高效、环保的分布式储能技术和节能技术已经成为能源领域重要的研究方向。飞轮储能作为一种机械式储能方式，它通过高速旋转的飞轮转子把动能存储，再通过飞轮转子释放出来，从而实现电能到机械能再到电能的转换。飞轮储能系统主要由高速转子、支承高速转子的轴承、电机控制系统及放电控制系统组成。放电控制系统作为磁悬浮飞轮储能系统的重要组成部分，根据控制信号可将磁悬浮储能飞轮电机的三相反电动势整流成直流电压，实现对负载的驱动。开展新型可控磁悬浮飞轮放电系统的研究和应用，对解决我国能源问题有重要的现实意义。磁悬浮储能飞轮放电系统可实现将磁悬浮飞轮电机的三相交流反电动势整流成直流电压。其主要根据直流负载的电压反馈，由控制系统产生控制信号控制三相PWM整流器开关管的开关次序和通断时间，从而实现将磁悬浮储能飞轮电机的三相反电动势整流为直流电压。因此，可根据磁悬浮储能飞轮电机的三相反电动势和不同负载进行可控整流。现有的磁悬浮储能飞轮放电系统主要是针对磁悬浮储能飞轮电机的三相反电动势进行非可控整流，直接通过整流桥将飞轮电机的三相反电动势整流成固定幅值的直流电压，所以无法实现对不同负载的可控整流。此外，其余的PWM可控整流方法都是针对固定频率的三相电压进行整流，其不能实用于三相电压频率实时变化的磁悬浮储能飞轮放电系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种克服了现有的普通磁悬浮飞轮放电系统的不可控性和普通整流系统的频率固定性，能够对磁悬浮飞轮三相反电动势实现可控整流，同时通过数据采集系统实时监测放电系统的运行状态的一种高速磁悬浮储能飞轮放电系统的PWM整流方法。上述的目的通过以下的技术方案实现：一种高速磁悬浮储能飞轮放电系统的PWM整流方法，磁悬浮储能飞轮电机（3）三相U、V、W分别接入三相PWM整流器（4）的a、b、c三相；当控制系统（8）和驱动及保护系统（6）没有产生控制信号驱动三相PWM整流器（4）时，三相PWM整流器（4）的6个开关管、开关管V1、开关管V2、开关管V3、开关管V4、开关管V5、开关管V6处于未工作状态，磁悬浮储能飞轮电机（3）三相反电动势通过三相PWM整流器（4）上的二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4、二极管VD5、二极管VD6实现自然整流，将磁悬浮储能飞轮电机（3）的三相反电动势整流为直流电压，再对电容充电和驱动直流侧负载（5）；当三相PWM整流器（4）进行三相可控整流时，电流、电压传感器（4）测量直流侧负载（5）的电流、电压，由数据采集系统（1）采集并反馈给控制系统（8）,与参考直流电压比较，通过电压环PI控制器产生q轴控制电流；电流、电压传感器（2）测量得到磁悬浮储能飞轮电机（3）三相反电动势的相电流，通过数据采集系统（1）采集由电流、电压传感器（4）测量的磁悬浮储能飞轮电机（3）三相反电动势的相电流，然后将其反馈给控制系统（8），通过滑模观测器得到磁悬浮储能飞轮电机（3）转子的位置角；控制系统（8）对数据采集系统（1）采集到的磁悬浮储能飞轮电机（3）三相反电动势的相电流和进行Clark变换和Park变换，得到电流环q轴反馈电流，与电压环PI控制器产生的q轴控制电流做比较，再通过电流环PI控制器产生q轴控制电压和d轴控制电压；q轴控制电压和d轴控制电压通过Ipark变换和空间向量开关表产生相应的PWM整流器信号控制驱动、保护系统（6），最终输出6路PWM整流器驱动信号控制三相PWM整流器（4）的开关管V1、开关管V2、开关管V3、开关管V4、开关管V5、开关管V6的开关次序和通断时间；上位机（7）实现与控制系统（8）的通信和数据传输，实现对整个高速磁悬浮储能飞轮放电系统的监测与控制。所述的一种高速磁悬浮储能飞轮放电系统的PWM整流方法，磁悬浮储能飞轮电机（3）三相反电动势的自然整流由三桥臂上二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4、二极管VD5、二极管VD6实现。所述的一种高速磁悬浮储能飞轮放电系统的PWM整流方法，磁悬浮储能飞轮电机（3）三相反电动势的相电流通过电流、电压传感器（2）测量得到，磁悬浮储能飞轮电机（3）转子位置角通过滑模观测器得到。所述的一种高速磁悬浮储能飞轮放电系统的PWM整流方法，直流负载（5）上的电流、电压由电流、电压传感器（2）测量得到，通过数据采集系统（1）反馈给控制系统（8）。所述的一种高速磁悬浮储能飞轮放电系统的PWM整流方法，三相PWM整流器（4）三桥臂上的开关管V1、开关管V2、开关管V3、开关管V4、开关管V5、开关管V6的开关次序和通断时间由控制系统（8）产生的控制信号控制。所述的一种高速磁悬浮储能飞轮放电系统的PWM整流方法，控制系统（8）输出的PWM整流器控制信号由电压环PI控制器和电流环PI控制器产生的控制电压经空间向量开关表生成。所述的一种高速磁悬浮储能飞轮放电系统的PWM整流方法，上位机（7）与控制系统（8）进行通信，实现对高速磁悬浮储能飞轮放电系统的状态监测与控制。所述的一种高速磁悬浮储能飞轮放电系统的PWM整流方法，高速磁悬浮储能飞轮放电系统的控制系统采用一片DSP28335作为主控芯片，负责全部的运算和控制，上位机（7）通过CAN卡与控制系统（8）通讯，获得磁悬浮储能飞轮电机（3）三相反电动势的相电压和相电流、直流负载（5）上的电流和电压，同时生成控制三相PWM整流器（4）三桥臂上6个开关管的控制指令；驱动及保护系统（6）根据DSP28335输出的控制指令，生成电流控制量，控制三相PWM整流器（4）三桥臂上6个开关管的开关次序和通断时间，实现三相PWM整流器（4）的可控整流。所述的一种高速磁悬浮储能飞轮放电系统的PWM整流方法，高速磁悬浮储能飞轮放电系统的数据采集系统（1）由一块高速数据采集卡和数据采集端口组成，通过编写数据采集软件实现对高速磁悬浮飞轮放电系统的数据采集和处理。有益效果：1.本专利技术通过控制系统控制三相PWM整流器三桥臂上6个开关管的开关次序和通断时间实现了对高速磁悬浮储能飞轮三相反电动势的可控整流。2.本专利技术采用的滑模观测器估计得到磁悬浮储能飞轮的转子位置角度信息，是一种无位置传感器的转子位置估计方法，与现有的磁悬浮储能飞轮的三相PWM整流方法相比，基于滑模观测器的磁悬浮飞轮的三相PWM整流方法能够省去测量飞轮转子位置角所需要的传感器（霍尔传感器、光电编码器）。3.本专利技术将通过检测直流侧电压、电流和磁悬浮飞轮电机的三相反电动势，然后生成控制信号控制三相PWM整流器开关管的开关次序和通断时间，与现有的三相PWM整流系统相比，此方案能够根据不同的目标直流电压实现可控整流。4.本专利技术的数据采集、绘图、分析算法能够实时的根据采集的直流侧电压、电压和磁悬浮飞轮电机三相反电动势的相电压和相电流进行实时绘图，提高了系统对测试数据的实时可观测性，能够在调试和运行过程中实时跟踪观测三相PWM整流系统的运行状态。5.本专利技术同样适用于普通三相PWM整流系统，只需通过设置三相交流电压的频率值。附图说明：附图1为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速磁悬浮储能飞轮放电系统的PWM整流方法，其特征是:磁悬浮储能飞轮电机（3）三相U、V、W分别接入三相PWM整流器（4）的a、b、c三相；当控制系统（8）和驱动及保护系统（6）没有产生控制信号驱动三相PWM整流器（4）时，三相PWM整流器（4）的6个开关管、开关管V1、开关管V2、开关管V3、开关管V4、开关管V5、开关管V6处于未工作状态，磁悬浮储能飞轮电机（3）三相反电动势通过三相PWM整流器（4）上的二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4、二极管VD5、二极管VD6实现自然整流，将磁悬浮储能飞轮电机（3）的三相反电动势整流为直流电压，再对电容充电和驱动直流侧负载（5）；当三相PWM整流器（4）进行三相可控整流时，电流、电压传感器（4）测量直流侧负载（5）的电流、电压，由数据采集系统（1）采集并反馈给控制系统（8）,与参考直流电压比较，通过电压环PI控制器产生q轴控制电流；电流、电压传感器（2）测量得到磁悬浮储能飞轮电机（3）三相反电动势的相电流，通过数据采集系统（1）采集由电流、电压传感器（4）测量的磁悬浮储能飞轮电机（3）三相反电动势的相电流，然后将其反馈给控制系统（8），通过滑模观测器得到磁悬浮储能飞轮电机（3）转子的位置角；控制系统（8）对数据采集系统（1）采集到的磁悬浮储能飞轮电机（3）三相反电动势的相电流和进行克拉克（Clark）变换和帕克（Park）变换，得到电流环q轴反馈电流，与电压环PI控制器产生的q轴控制电流做比较，再通过电流环PI控制器产生q轴控制电压和d轴控制电压；q轴控制电压和d轴控制电压通过帕克逆（Ipark）变换和空间向量开关表产生相应的PWM整流器信号控制驱动、保护系统（6），最终输出6路PWM整流器驱动信号控制三相PWM整流器（4）的开关管V1、开关管V2、开关管V3、开关管V4、开关管V5、开关管V6的开关次序和通断时间；上位机（7）实现与控制系统（8）的通信和数据传输，实现对整个高速磁悬浮储能飞轮放电系统的监测与控制。...

【技术特征摘要】
1.一种高速磁悬浮储能飞轮放电系统的PWM整流方法，其特征是:磁悬浮储能飞轮电机（3）三相U、V、W分别接入三相PWM整流器（4）的a、b、c三相；当控制系统（8）和驱动及保护系统（6）没有产生控制信号驱动三相PWM整流器（4）时，三相PWM整流器（4）的6个开关管、开关管V1、开关管V2、开关管V3、开关管V4、开关管V5、开关管V6处于未工作状态，磁悬浮储能飞轮电机（3）三相反电动势通过三相PWM整流器（4）上的二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4、二极管VD5、二极管VD6实现自然整流，将磁悬浮储能飞轮电机（3）的三相反电动势整流为直流电压，再对电容充电和驱动直流侧负载（5）；当三相PWM整流器（4）进行三相可控整流时，电流、电压传感器（4）测量直流侧负载（5）的电流、电压，由数据采集系统（1）采集并反馈给控制系统（8）,与参考直流电压比较，通过电压环PI控制器产生q轴控制电流；电流、电压传感器（2）测量得到磁悬浮储能飞轮电机（3）三相反电动势的相电流，通过数据采集系统（1）采集由电流、电压传感器（4）测量的磁悬浮储能飞轮电机（3）三相反电动势的相电流，然后将其反馈给控制系统（8），通过滑模观测器得到磁悬浮储能飞轮电机（3）转子的位置角；控制系统（8）对数据采集系统（1）采集到的磁悬浮储能飞轮电机（3）三相反电动势的相电流和进行克拉克（Clark）变换和帕克（Park）变换，得到电流环q轴反馈电流，与电压环PI控制器产生的q轴控制电流做比较，再通过电流环PI控制器产生q轴控制电压和d轴控制电压；q轴控制电压和d轴控制电压通过帕克逆（Ipark）变换和空间向量开关表产生相应的PWM整流器信号控制驱动、保护系统（6），最终输出6路PWM整流器驱动信号控制三相PWM整流器（4）的开关管V1、开关管V2、开关管V3、开关管V4、开关管V5、开关管V6的开关次序和通断时间；上位机（7）实现与控制系统（8）的通信和数据传输，实现对整个高速磁悬浮储能飞轮放电系统的监测与控制。2.根据权利要求1所述的一种高速磁悬浮储能飞轮放电系统的PWM整流方法，其特征是: 所述的磁悬浮储能飞轮电机（3）三相反电动势的自然整流由三桥臂上二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志强，向彪，曾洋，李树胜，谢长静，
申请(专利权)人：北京泓慧国际能源技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11