一种飞轮电池充放电控制系统及控制方法技术方案

一种飞轮电池充放电控制系统及控制方法，该系统包括三相不可控整流电路、储能滤波电容、IGBT功率变换电路、过零检测电路、电压、电流检测电路、直流电压检测及过压保护电路、采样滤波过流保护电路、位移、温度采样电路、DSP控制器、储能电感、三相联动开关和旋转变压器信号处理电路，储能电感串接在IGBT功率变换电路交流侧每相输出端与飞轮电机输入端之间，三相联动开关分别与储能电感并接，旋转变压器信号处理电路连接在飞轮电机旋转变压器信号输出端与DSP控制器QEP口之间；方法基于上述系统实现飞轮电池充放电控制。本发明专利技术输出直流电压稳定，高频纹波小，动态响应快，大大提高系统功率因数和效率，特别适合快充快放工况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对飞轮电池进行充电、放电控制的系统，还涉及利用该系统对飞 轮电池进行控制的方法。
技术介绍
飞轮电池的充电、放电过程是飞轮电池的基本控制过程。目前国内外的飞轮电池 充放电控制系统均采用如图1所示的交-直-交系统，该系统包括三相不可控整流电路1、 升降压斩波控制电路2、储能滤波电容3、IGBT功率变换电路4、过零检测电路5、电压、电流 检测电路6、直流电压检测及过压保护电路7、采样滤波过流保护电路8、霍尔信号处理电路 9、位移、温度采样电路10和DSP控制器200，其中，三相不可控整流电路1、升降压斩波控 制电路2和IGBT功率变换电路4依次连接，IGBT功率变换电路4的交流侧连接飞轮电机 100，储能滤波电容3连接于升降压斩波控制电路2与IGBT功率变换电路4之间的直流母 线之间，直流电压检测及过压保护电路7连接在三相不可控整流电路1的直流侧与DSP控 制器200的A/D 口之间，DSP控制器200与IGBT功率变换电路4控制连接，IGBT功率变换 电路4的故障输出端连接DSP控制器200的PDP INT输入端，过零检测电路5连接在飞轮 电机100的一相输入端与DSP控制器200的CAP6 口之间，电压、电流检测电路6连接飞轮 电机100的三相输入端，电压、电流检测电路6、采样滤波过流保护电路8、DSP控制器200的 A/D 口依次连接，霍尔信号处理电路9连接在飞轮电机100的霍尔信号输出端与DSP控制器 200的QEP 口之间，位移、温度采样电路10连接在飞轮电机100的位移、温度传感器输出端与 DSP控制器200的I/O 口之间，DSP控制器200通过其智能通信模块与人机界面进行通信。当飞轮电池充电时，系统将来自市电或者其他电源的电能通过DSP微处理器 (Digital Signal Processor)控制IGBT功率变换模块来驱动飞轮加速到一定转速，把电能 转化为机械能储存起来，完成飞轮电池的充电过程；当系统需要放电时，飞轮电机转为发电 工况下工作，飞轮就将所储存的机械能转化为电能，系统通过IGBT功率变换模块自身的续 流二极管把飞轮电机发出的三相变频变压的交流电进行不控整流转化为直流电，并通过母 线上的升降压斩波控制电路把该直流电稳定在某个区间供负载使用。现有的飞轮电池充放电控制系统存在如下缺陷1、由于飞轮电池充放电控制系统应用的整流装置大多采用二极管不控整流或晶 闸管相控整流，飞轮电池在放电过程中产生电压和频率都不断减少的三相交流电，该交流 电频率为高频，采用不可控二极管整流或者相控整流，使系统的谐波含量增加，交流侧波形 畸变严重，导致整个系统的功率因数低、效率低；2、由于飞轮电池充放电控制系统的后级还采用升降压斩波稳压电路，系统模块多 导致系统可靠性降低，同时增加系统的硬件成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题之一在于，提供一种飞轮电池充放电控制系统，克服现有飞轮电池充放电控制系统功率因数低、效率低的缺陷，提高系统可靠性，降低系统硬件成 本。本专利技术要解决的技术问题之二在于，提供一种飞轮电池充放电控制方法，克服现 有飞轮电池充放电控制系统缺陷，提高系统功率因数、系统效率和系统可靠性，降低系统硬 件成本。本专利技术解决其技术问题之一所采用的技术方案是构造一种飞轮电池充放电控制 系统，包括三相不可控整流电路、储能滤波电容、IGBT功率变换电路、过零检测电路、电压、 电流检测电路、直流电压检测及过压保护电路、采样滤波过流保护电路、位移、温度采样电 路和DSP控制器，所述三相不可控整流电路直流侧与所述IGBT功率变换电路直流侧连接，所述 IGBT功率变换电路交流侧连接飞轮电机，所述储能滤波电容连接于所述三相不可控整流电 路与所述IGBT功率变换电路之间的直流母线之间；所述直流电压检测及过压保护电路连接在所述三相不可控整流电路直流侧与所 述DSP控制器的A/D 口之间；所述DSP控制器的PWM输出口与所述IGBT功率变换电路连接，该IGBT功率变换 电路的故障输出端连接DSP控制器的PDP INT输入端；所述过零检测电路连接在飞轮电机的一相输入端与DSP控制器的CAP6 口之间；所述电压、电流检测电路连接飞轮电机的三相输入端，该电压、电流检测电路、所 述采样滤波过流保护电路、所述DSP控制器的A/D 口依次连接；所述位移、温度采样电路连接在飞轮电机的位移传感器、温度传感器输出端与所 述DSP控制器的I/O 口之间；所述DSP控制器通过其智能通信模块与人机界面进行通信；其特征在于，包括储能电感、三相联动开关和旋转变压器信号处理电路；所述储能电感串接在所述IGBT功率变换电路交流侧每相输出端与飞轮电机的输 入端之间；所述三相联动开关分别与所述储能电感并接；所述旋转变压器信号处理电路连接在飞轮电机的旋变信号输出端与DSP控制器 的QEP 口之间。在本专利技术的飞轮电池充放电控制系统中，所述采样滤波过流保护电路包括依次连 接的反向放大电路、滞环比较电路和保护输出电路。本专利技术解决其技术问题之二所采用的技术方案是提供一种飞轮电池充放电控制 方法，基于如权利要求1所述的飞轮电池充放电控制系统实现飞轮电池充放电控制，其特 征在于，包括如下步骤SPUDSP控制器屏蔽所有中断信号；SP2、对系统进行初始化；SP3、对A/D采样、事件管理器、I/O 口、通信模块进行初始化；SP4、使能DSP内部定时器Tl下溢中断，使能DSP外部中断1、外部中断；开DSP中 断；SP5、系统进入现场主循环，等待中断信号；所述中断信号包括定时器Tl下溢中断、DSP外部中断1、DSP外部中断2 ；当产生DSP外部中断1时，系统进入充电处理，步骤如下Al、置位充电信号，转速维持信号清零；A2、定时器Tl下溢中断开始，保护现场；A3、根据充电置位信号调用充电子程序；A4、判断飞轮电机转速是否大于等于设定转速，当飞轮电机转速小于设定转速时， 转步骤A3 ；当飞轮电机转速大于等于设定转速时，转下步；A5、将充电置位信号清零，置位电机转速维持信号，清除DSP外部中断1的标志位 后，返回现场；所述充电子程序为Aa、对系统直流母线电压、飞轮电机电流进行采样和A/D转换；Ab、判断飞轮电机转子相位是否初始化，当转子相位未初始化时，初始化转子相位 后转步骤Ad ；当转子相位已初始化时，计算转子磁通转角增量和转子绝对位置；Ac、判断是否到转速采样时，当到转速采样时，计算转子转速，对转速进行闭环PID 调节后转下步；当未到转速采样时，转下步；Ad、对采样回来的电流、电压信号进行规格化处理；Ae、进行 Clarke 变换；Af、查 sin、cos 表，进行 Park 变换；Ag、进行q轴、d轴电流闭环PID调节；Ah、进行Park逆变换；Ak、进行SVPWM调节后，结束充电；当产生DSP外部中断2时，系统进入放电处理，步骤如下Bi、置位放电信号，转速维持信号清零；B2、定时器Tl下溢中断开始，保护现场；B3、根据放电置位信号调用放电子程序；B4、判断飞轮电机转速是否小于等于设定转速，当飞轮电机转速大于设定转速时， 转步骤B3 ；当飞轮电机转速小于等于设定转速时，转下步；B5、将放电置位信号清零，置位电机转速维持信号，清除DSP外部中断2的标志本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞轮电池充放电控制系统，包括三相不可控整流电路、储能滤波电容、ＩＧＢＴ功率变换电路、过零检测电路、电压、电流检测电路、直流电压检测及过压保护电路、采样滤波过流保护电路、位移、温度采样电路和ＤＳＰ控制器。所述三相不可控整流电路直流侧与所述ＩＧＢＴ功率变换电路直流侧连接，所述ＩＧＢＴ功率变换电路交流侧连接飞轮电机，所述储能滤波电容连接于所述三相不可控整流电路与所述ＩＧＢＴ功率变换电路之间的直流母线之间；所述直流电压检测及过压保护电路连接在所述三相不可控整流电路直流侧与所述ＤＳＰ控制器的Ａ／Ｄ口之间；所述ＤＳＰ控制器的ＰＷＭ输出口与所述ＩＧＢＴ功率变换电路连接，该ＩＧＢＴ功率变换电路的故障输出端连接ＤＳＰ控制器的ＰＤＰ　ＩＮＴ输入端；所述过零检测电路连接在飞轮电机的一相输入端与ＤＳＰ控制器的ＣＡＰ６口之间；所述电压、电流检测电路连接飞轮电机的三相输入端，该电压、电流检测电路、所述采样滤波过流保护电路、所述ＤＳＰ控制器的Ａ／Ｄ口依次连接；所述位移、温度采样电路连接在飞轮电机的位移传感器、温度传感器输出端与所述ＤＳＰ控制器的Ｉ／Ｏ口之间；所述ＤＳＰ控制器通过其智能通信模块与人机界面进行通信；其特征在于，包括储能电感、三相联动开关和旋转变压器信号处理电路；所述储能电感串接在所述ＩＧＢＴ功率变换电路交流侧每相输出端与飞轮电机的输入端之间；所述三相联动开关分别与所述储能电感并接；所述旋转变压器信号处理电路连接在飞轮电机的旋变信号输出端与ＤＳＰ控制器的ＱＥＰ口之间。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：党彦波，刘在献，李方，边敬平，
申请(专利权)人：深圳飞能能源有限公司，
类型：发明
国别省市：94