复合电源控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术属于复合电源领域，具体涉及了一种复合电源控制系统及控制方法，旨在解决现有技术在故障情况下不切换模式或系统失稳的问题。本发明专利技术系统包括：电池电流控制环、电流调节模块，根据经过滞环模块的储能元件电流实际值与参考值、直流母线上的电压实际值与参考值，生成发电机的电流参考值；发电机电流控制环，根据发电机的电流参考值、发电机的任意两相电流、角速度实际值，生成整流器的控制信号，从而控制复合电源系统中发电机输出功率。本发明专利技术提出三环控制模式并在电流反馈环节增加滞环，系统无需读取电池的状态就可实现模式切换等功能，并且在故障模式下也可实现无扰切换，保持系统稳定，系统的功率分配实时精确可控。

Control system and method of compound power supply

【技术实现步骤摘要】
复合电源控制系统及控制方法
本专利技术属于串联混合动力、复合电源领域，具体涉及了一种复合电源控制系统及控制方法。
技术介绍
串联式油电混合动力系统为混合动力的一种，可以降低燃油的消耗和污染，提高载具的续航里程，具有比电池单独供电的系统更高的能量密度、功率密度和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，如图2所示，为现有技术中串联混合动力系统的结构示意图，发动机、燃气轮机或柴油机等原动机与发电机连轴运行，带动发电机发电。发电机出线端接入整流器，整流器将发电机发出的交流电整流成直流，直流侧并联滤波电容、储能元件，逆变器将直流逆变成交流电驱动电动机。原动机不与驱动系统直接机械连接，原动机的全部有效能量均转化为电能供用电设备使用。系统有三种模式：1、全电模式，即发电机组停止运行，电池独立为负载供电；2、发电机组独立供电模式，发电机组通过整流器整流到母线电压额定值，独立为负载供电，电池既不吸收能量也不发出能量，从系统中切出；3、混动模式：发电机组通过整流器整流到母线电压额定值，储能电池连接到直流母线。系统正常运行时在不同模式下的切换，称为主动切换。当系统运行时，碰到故障，导致某个部件失效脱离母线时，需要即时切换模式，保证系统正常运行，称为被动切换。在不同模式下，发电机控制器控制策略不同，在切换模式及故障保护时，需要设计合理的发电机及电池控制策略，以保证系统正常运行。系统模式切换控制策略常用主从控制，如图3所示，为现有技术中串联混合动力系统模式切换控制策略常用的主从控制发电机整流器控制示意框图。1、当系统处于混动模式时：电池或电池+DC-DC变换器作为主控电源，控制母线电压恒定，发电机整流器作为从电源，控制系统功率分配；2、当系统处于发电机组独立供电模式：发电机整流器作为主电源，控制母线电压。然而，这种策略需要读取电池信息及在线状态，以实现模式切换等功能，在故障模式下可能会出现指令下发不及时，从而系统未进行模式切换而导致系统失稳。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即现有复合电源控制系统在故障模式下可能出现模式切换指令下发不及时，从而导致系统不切换模式或系统失稳的问题，本专利技术提供了一种复合电源控制系统，该控制系统包括电池电流控制环、电流调节模块、发电机电流控制环；所述电池电流控制环，配置为根据储能元件的实际电流值以及获取的储能元件的参考电流值，生成电压调节器的控制电流，并获取所述电压调节器的输出值作为直流母线的电压调节值；所述电流调节模块，配置为根据所述直流母线的电压调节值、直流母线的实际电压值以及获取的直流母线的参考电压值，生成电流调节器的控制电压，并获取所述电流调节器的输出值作为发电机电流参考值；所述发电机电流控制环，配置为根据所述发电机电流参考值以及获取的发电机实际电流值、实际角速度值，生成所述复合电源控制系统中整流器的控制信号，并根据该控制信号控制所述复合电源系统中发电机输出功率；其中，所述电池电流控制环设置有滞环模块；所述滞环模块，设置于所述储能元件的输出与所述电压调节器的输入之间任意位置，通过预先设定的电流滞环的环宽，在所述储能元件故障时对所述储能元件输出电流值进行调整。在一些优选的实施例中，所述储能元件为动力电池、超级电容、飞轮中的一种或多种。在一些优选的实施例中，所述储能元件的参考电流值为依据电源选择信息、设定功率信息，通过设定功率与所述储能元件的参考电流值的映射函数计算获得。在一些优选的实施例中，所述直流母线的参考电压值通过将所述直流母线的实际电压值延迟获得。在一些优选的实施例中，所述延迟通过延迟环节、滤波环节、惯性环节、增长斜率限制环节中一个或多个环节进行。在一些优选的实施例中，所述储能元件的实际电流值通过设置于所述储能元件的输出与所述电压调节器的输入之间任意位置的电流互感器获取。在一些优选的实施例中，所述直流母线的实际电压值通过设置于负载输出与所述电流调节器的输入之间任意位置的电压传感器获取。在一些优选的实施例中，“通过预先设定的电流滞环的环宽，在所述储能元件故障时对所述储能元件输出电流值进行调整”，其方法为：所述储能元件故障时，其实际电流值迅速下降，当实际电流值下降至所述滞环模块的预先设定的电流滞环的环宽范围内时，所述滞环模块将所述储能元件输出电流值调整为0。本专利技术的另一方面，提出了一种复合电源控制方法，基于上述的复合电源控制系统，该控制方法包括：步骤S10，基于获取的电源选择信息、设定功率信息，判断所述储能元件是否需要接入所述直流母线；若需要，则转至步骤S20；否则，转至步骤S30；步骤S20，将所述直流母线上的电压实际值进行延时作用后作为所述直流母线上的电压参考值，根据预设的计算方法计算出所述储能元件的电流参考值，将所述直流母线接入所述储能元件；步骤S30，基于获取的储能元件状态信息，判断所述储能元件是否需要与所述直流母线紧急断开，若是则转至步骤S40，否则转至步骤S50；步骤S40，通过所述滞环模块调整所述储能元件的实际电流值，并结合所述储能元件的参考电流值、直流母线的实际电压值、直流母线的参考电压值，生成发电机电流参考值；步骤S50，依据所述储能元件的实际电流值，并结合所述储能元件的参考电流值、直流母线的实际电压值、直流母线的参考电压值，生成发电机电流参考值。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术复合电源控制系统，提出电池电流控制环、电流调节模块、发电机电流控制环的三环控制模式，并在电流反馈环节增加滞环，无论电池在不在线，系统无需读取电池的状态就可实现模式切换等功能，并且在故障模式下也可实现无忧切换，保持系统稳定。(2)本专利技术可脱离电池状态检测，实现对两种不同特性电源的功率闭环控制和系统工作模式、结构的自适应切换，系统的功率分配实时精确可控。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是本专利技术实施例中复合电源控制系统的三环控制方案示意图；图2是现有技术中串联混合动力系统的结构示意图；图3是现有技术中串联混合动力系统模式切换控制策略常用的主从控制发电机整流器控制示意框图；图4是本专利技术复合电源控制系统第一实施例的系统示意图；图5是本专利技术复合电源控制系统第一实施例的系统控制策略一种方案的示意图；图6是本专利技术复合电源控制系统第二实施例的系统示意图；图7是本专利技术复合电源控制系统第二实施例的系统控制策略一种方案的示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关专利技术相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合电源控制系统，其特征在于，该控制系统包括电池电流控制环、电流调节模块、发电机电流控制环；/n所述电池电流控制环，配置为根据储能元件的实际电流值以及获取的储能元件的参考电流值，生成电压调节器的控制电流，并获取所述电压调节器的输出值作为直流母线的电压调节值；/n所述电流调节模块，配置为根据所述直流母线的电压调节值、直流母线的实际电压值以及获取的直流母线的参考电压值，生成电流调节器的控制电压，并获取所述电流调节器的输出值作为发电机电流参考值；/n所述发电机电流控制环，配置为根据所述发电机电流参考值以及获取的发电机实际电流值、实际角速度值，生成所述复合电源控制系统中整流器的控制信号，并根据该控制信号控制所述复合电源系统中发电机输出功率；/n其中，所述电池电流控制环设置有滞环模块；/n所述滞环模块，设置于所述储能元件的输出与所述电压调节器的输入之间任意位置，通过预先设定的电流滞环的环宽，在所述储能元件故障时对所述储能元件输出电流值进行调整。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合电源控制系统，其特征在于，该控制系统包括电池电流控制环、电流调节模块、发电机电流控制环；
所述电池电流控制环，配置为根据储能元件的实际电流值以及获取的储能元件的参考电流值，生成电压调节器的控制电流，并获取所述电压调节器的输出值作为直流母线的电压调节值；
所述电流调节模块，配置为根据所述直流母线的电压调节值、直流母线的实际电压值以及获取的直流母线的参考电压值，生成电流调节器的控制电压，并获取所述电流调节器的输出值作为发电机电流参考值；
所述发电机电流控制环，配置为根据所述发电机电流参考值以及获取的发电机实际电流值、实际角速度值，生成所述复合电源控制系统中整流器的控制信号，并根据该控制信号控制所述复合电源系统中发电机输出功率；
其中，所述电池电流控制环设置有滞环模块；
所述滞环模块，设置于所述储能元件的输出与所述电压调节器的输入之间任意位置，通过预先设定的电流滞环的环宽，在所述储能元件故障时对所述储能元件输出电流值进行调整。


2.根据权利要求1所述的复合电源控制系统，其特征在于，所述储能元件为动力电池、超级电容、飞轮中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的复合电源控制系统，其特征在于，所述储能元件的参考电流值为依据电源选择信息、设定功率信息，通过设定功率与所述储能元件的参考电流值的映射函数计算获得。


4.根据权利要求1所述的复合电源控制系统，其特征在于，所述直流母线的参考电压值通过将所述直流母线的实际电压值延迟获得。


5.根据权利要求4所述的复合电源控制系统，其特征在于，所述延迟通过延迟环节、滤波环节、惯性环节、增长斜率限制环节中一个或多个环节进行。


6.根据权利要求1所述的复...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鸿扬，王又珑，张颖，温旭辉，魏嘉麟，彭萌，
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