串联混合动力系统或复合电源的控制方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及串联混合动力系统领域，具体涉及一种串联混合动力系统或复合电源的控制方法与装置，目的在于解决发电机组和储能装置的功率难以实现精确分配的问题。本发明专利技术的串联混合动力系统或复合电源的控制装置针对的串联混合动力系统或复合电源包括：原动机、发电机、整流器、储能装置。该控制装置包括：储能装置电流控制模块和发电机转速控制模块；储能装置电流控制模块用于根据储能装置的电流参考值和电流实际值生成原动机的功率参考值，从而控制储能装置的电流；发电机转速控制模块用于根据发电机的转速参考值和发电机的转速实际值生成整流器的控制信号，从而控制发电机的转速。本发明专利技术无需做复杂的模式判断，实现了功率分配实时、精确、可控。

Control Method and Device of Series Hybrid Power System or Composite Power Supply

【技术实现步骤摘要】
串联混合动力系统或复合电源的控制方法与装置
本专利技术涉及串联混合动力系统领域，具体涉及一种串联混合动力系统或复合电源的控制方法与装置。
技术介绍
节能和环保是当前社会发展的两大突出问题，发展电气化交通是汽车、航空和船舶工业的发展趋势，然而电池的充电速度和能量密度限制了交通电气化技术的普及。串联式油电混合动力系统可以降低燃油的消耗和污染，提高载具的续航里程，既具有比电池单独供电的系统更高的能量密度、功率密度，又具有比发电机组单独供电的系统更好的动态特性，因此在新能源汽车、船舶和多电飞机的能源动力系统中获得了广泛的应用。此外，燃气轮机发电机组和动力电池组成的复合电源也是可再生能源分布式发电常用的备用供电设备。现有的串联混合动力系统结构通常如图1所示，原动机1(如发动机、燃气轮机或柴油机等)与永磁发电机2连轴运行，带动永磁发电机2发电。永磁发电机2出线端接入可控整流器3，整流器3将发电机2发出的交流电整流成直流，直流侧并联滤波电容4，储能装置7(如动力电池、超级电容和飞轮等)经过DC-DC变换器8接入直流母线，逆变器5将直流逆变成交流电驱动电动机6。原动机1不与机械系统直接连接，原动机1的全部有效能量均转化为电能供用电设备使用。串联式混合动力系统可根据工况工作在多种模式：1、纯电动运行模式，即发电机组停机，只有储能装置提供功率给电动机；2、纯发动机驱动模式，由原动机和发电机组成的发电单元来提供功率给电动机，储能装置既不吸收能量也不发出能量，从系统中切出；3、发电机和储能装置联合供电；4、发电机提供功率驱动电动机运行并且给储能装置充电。串联式混合动力系统可以使发动机工作在高效区间，燃油的经济性较高，污染物排放较小。储能装置起到“削峰填谷”的作用，发电机发出功率大于电动机所需功率时，以电池为主的储能装置吸收多余的功率；当发电机发出功率低于电动机需求时，电池提供这部分功率。系统工作的工况复杂多样，能量在三个端口之间流动，精确控制系统的功率流对系统特性和节能效果非常重要。但是，现有的串联混合动力系统常采用发动机转速闭环控制，通过调节原动机的转速来调节发电机输出功率，或者由发电机组自动适应负载的功率需求，从而控制系统的功率分配和功率流动。但以燃气轮机为代表的小转动惯量原动机的机械特性较软，转速随负载变化波动较大，动态性能较差；另一方面，现有的一些发动机需要电执行器调节油门，难以实现快速准确的控制，尤其是一些航空发动机。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出了一种串联混合动力系统或复合电源的控制方法与装置，实现了功率分配实时、精确、可控。本专利技术的一方面，提出一种串联混合动力系统或复合电源的控制装置，所述串联混合动力系统或复合电源包括：原动机、发电机、整流器、储能装置，所述控制装置包括：储能装置电流控制模块和发电机转速控制模块；所述储能装置电流控制模块用于根据所述储能装置的电流参考值和电流实际值生成所述原动机的功率参考值，从而控制所述储能装置的电流；所述发电机转速控制模块用于根据发电机的转速参考值和所述发电机的转速实际值生成所述整流器的控制信号，从而控制所述发电机的转速。优选地，所述储能装置电流控制模块包括：电流减法器、第一调节器和原动机功率控制单元；所述电流减法器用于根据所述储能装置的电流参考值和所述储能装置的电流实际值，计算所述储能装置的电流偏差；所述第一调节器用于根据所述储能装置的电流偏差，生成所述原动机的功率参考值；所述原动机功率控制单元用于根据所述原动机的功率参考值控制所述原动机运行。优选地，所述发电机转速控制模块包括：转速减法器和转速调节单元；所述转速减法器用于根据所述发电机的转速参考值和所述发电机的转速实际值，计算所述发电机的转速偏差；所述转速调节单元用于根据所述发电机的转速偏差，生成所述整流器的控制信号，从而控制所述发电机的转速。优选地，所述转速调节单元包括：第一坐标变换单元、第二调节器、第一减法器、第三调节器、第二减法器、第四调节器、第二坐标变换单元和空间矢量调制单元；所述第一坐标变换单元用于根据所述发电机任意两相的相电流实际值和转速实际值，生成d、q坐标轴上的电流分量实际值id和iq；所述第二调节器用于根据所述发电机的转速偏差，生成q坐标轴上的电流分量参考值所述第一减法器用于根据q坐标轴上的电流分量参考值与q坐标轴上的电流分量实际值iq，计算q坐标轴上的电流分量的偏差；所述第三调节器用于根据q坐标轴上的电流分量的偏差，生成q坐标轴上电压空间矢量的参考值uq；所述第二减法器用于根据预设的d坐标轴上的电流分量参考值和d坐标轴上的电流分量实际值id，计算d坐标轴上的电流分量的偏差；所述第四调节器用于根据d坐标轴上的电流分量的偏差，生成d坐标轴上电压空间矢量的参考值ud；所述第二坐标变换单元用于根据d、q坐标轴上的电压空间矢量的参考值ud和uq，生成α、β静止坐标系下的电压参考值uα和uβ；所述空间矢量调制单元用于根据α、β静止坐标系下的电压参考值uα和uβ进行空间矢量调制，生成所述整流器的控制信号，从而控制所述发电机的转速。优选地，所述原动机为燃油机，所述原动机功率控制单元包括油门调节子单元；所述油门调节子单元用于调节油门的大小以控制燃料的进入量，从而控制所述原动机的功率。优选地，所述控制装置还包括：第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器和角速度传感器；所述第一电流互感器用于实时采集所述储能装置的电流实际值；所述第二电流互感器、所述第三电流互感器分别用于实时采集所述发电机任意两相的相电流实际值；所述角速度传感器用于实时测量所述发电机的转速实际值。优选地，所述串联混合动力系统或复合电源包括：接触器，所述接触器用于将所述储能装置并联于所述整流器输出端的直流母线上；所述控制装置还包括：参考值与接触器控制模块；所述参考值与接触器控制模块用于调节所述储能装置的电流参考值和所述发电机的转速参考值，并断开或闭合所述接触器。优选地，所述直流母线与负载并联，所述负载为阻性负载和/或感性负载和/或恒功率负载。本专利技术的另一方面，提出一种串联混合动力系统或复合电源的控制方法，所述串联混合动力系统或复合电源包括：原动机、发电机、整流器、储能装置，所述控制方法包括：根据所述储能装置的电流参考值和电流实际值生成所述原动机的功率参考值，从而控制所述储能装置的电流；根据发电机的转速参考值和所述发电机的转速实际值生成所述整流器的控制信号，从而控制所述发电机的转速。优选地，“根据所述储能装置的电流参考值和电流实际值生成所述原动机的功率参考值，从而控制所述储能装置的电流”的步骤包括：根据所述储能装置的电流参考值和所述储能装置的电流实际值，计算所述储能装置的电流偏差；根据所述储能装置的电流偏差，生成所述原动机的功率参考值；根据所述原动机的功率参考值控制所述原动机运行。优选地，“根据发电机的转速参考值和所述发电机的转速实际值生成所述整流器的控制信号，从而控制所述发电机的转速”的步骤包括：根据所述发电机的转速参考值和所述发电机的转速实际值，计算所述发电机的转速偏差；根据所述发电机的转速偏差，生成所述整流器的控制信号，从而控制所述发电机的转速。优选地，“根据所述发电机的转速偏差，生成所述整流器的控制信号，从而控制所述发电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联混合动力系统或复合电源的控制装置，所述串联混合动力系统或复合电源包括：原动机、发电机、整流器、储能装置，其特征在于，所述控制装置包括：储能装置电流控制模块和发电机转速控制模块；所述储能装置电流控制模块用于根据所述储能装置的电流参考值和电流实际值生成所述原动机的功率参考值，从而控制所述储能装置的电流；所述发电机转速控制模块用于根据发电机的转速参考值和所述发电机的转速实际值生成所述整流器的控制信号，从而控制所述发电机的转速。

【技术特征摘要】
1.一种串联混合动力系统或复合电源的控制装置，所述串联混合动力系统或复合电源包括：原动机、发电机、整流器、储能装置，其特征在于，所述控制装置包括：储能装置电流控制模块和发电机转速控制模块；所述储能装置电流控制模块用于根据所述储能装置的电流参考值和电流实际值生成所述原动机的功率参考值，从而控制所述储能装置的电流；所述发电机转速控制模块用于根据发电机的转速参考值和所述发电机的转速实际值生成所述整流器的控制信号，从而控制所述发电机的转速。2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述储能装置电流控制模块包括：电流减法器、第一调节器和原动机功率控制单元；所述电流减法器用于根据所述储能装置的电流参考值和所述储能装置的电流实际值，计算所述储能装置的电流偏差；所述第一调节器用于根据所述储能装置的电流偏差，生成所述原动机的功率参考值；所述原动机功率控制单元用于根据所述原动机的功率参考值控制所述原动机运行。3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述发电机转速控制模块包括：转速减法器和转速调节单元；所述转速减法器用于根据所述发电机的转速参考值和所述发电机的转速实际值，计算所述发电机的转速偏差；所述转速调节单元用于根据所述发电机的转速偏差，生成所述整流器的控制信号，从而控制所述发电机的转速。4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述转速调节单元包括：第一坐标变换单元、第二调节器、第一减法器、第三调节器、第二减法器、第四调节器、第二坐标变换单元和空间矢量调制单元；所述第一坐标变换单元用于根据所述发电机任意两相的相电流实际值和转速实际值，生成d、q坐标轴上的电流分量实际值id和iq；所述第二调节器用于根据所述发电机的转速偏差，生成q坐标轴上的电流分量参考值所述第一减法器用于根据q坐标轴上的电流分量参考值与q坐标轴上的电流分量实际值iq，计算q坐标轴上的电流分量的偏差；所述第三调节器用于根据q坐标轴上的电流分量的偏差，生成q坐标轴上电压空间矢量的参考值uq；所述第二减法器用于根据预设的d坐标轴上的电流分量参考值和d坐标轴上的电流分量实际值id，计算d坐标轴上的电流分量的偏差；所述第四调节器用于根据d坐标轴上的电流分量的偏差，生成d坐标轴上电压空间矢量的参考值ud；所述第二坐标变换单元用于根据d、q坐标轴上的电压空间矢量的参考值ud和uq，生成α、β静止坐标系下的电压参考值uα和uβ；所述空间矢量调制单元用于根据α、β静止坐标系下的电压参考值uα和uβ进行空间矢量调制，生成所述整流器的控制信号，从而控制所述发电机的转速。5.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述原动机为燃油机，所述原动机功率控制单元包括油门调节子单元；所述油门调节子单元用于调节油门的大小以控制燃料的进入量，从而控制所述原动机的功率。6.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器和角速度传感器；所述第一电流互感器用于实时采集所述储能装置的电流实际值；所述第二电流互感器、所述第三电流互感器分别用于实时采集所述发电机任意两相的相电流实际值；所述角速度传感器用于实时测量所述发电机的转速实际值。7.根据权利要求1-6中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述串联混合动力系统或复合电源包括：接触器，所述接触器用于将所述储能装置并联于所述整流器输出端的直流母线上；所述控制装置还包括：参...

【专利技术属性】
技术研发人员：王又珑，魏嘉麟，李鸿扬，李可，张颖，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11