[發明專利]基于超級電容儲能的電機調速系統節能控制器及控制方法

無效

• 申請號: 201310750646.7
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103647500A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 安群濤;孫力;趙克;魏鑫;劉瑞博
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02P27/08
• 分類號: H02P27/08;H02J3/28
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

1.基于超級電容儲能的電機調速系統節能控制器，其特征在于，它包括二極管整流橋（1）、第一直流濾波電容（2）、逆變器（3）、雙向DC/DC功率變換器（5）和超級電容模塊（6），

雙向DC/DC功率變換器（5）包括第二直流濾波電容（7）、n重IGBT橋式電路（8）和n個濾波電感（9），其中，n個濾波電感包括第一濾波電感L₁、第二濾波電感L₂…第n濾波電感Ln，n為正整數，直流母線電壓檢測電路（10）、超級電容電壓檢測電路（11）、電流檢測電路（12）、A/D轉換器（13）、DSP控制器（14）和FPGA（15），

二極管整流橋（1）的三相交流輸入端接三相電網，二極管整流橋（1）的輸出端為直流母線，直流母線兩端并聯第一直流濾波電容（2）；

逆變器（3）的直流端掛接在直流母線上，逆變器（3）交流端接電機（4）的三相繞組輸入端；

第二直流濾波電容（7）跨接在直流母線上，n重IGBT橋式電路（8）的橋臂上下端接直流母線，構成雙向DC/DC變換器（5）的高壓端，n重IGBT橋式電路（8）的每個橋臂中點分別連接n個濾波電感（9）的一端，n個濾波電感（9）的另一端連接到一起，構成雙向DC/DC變換器（5）的低壓端，低壓端連接到超級電容模塊（6）的兩端；

直流母線電壓檢測電路（10）的輸入端掛接在兩條直流母線上，直流母線電壓檢測電路（10）的檢測信號輸出端與A/D轉換器（13）的檢測信號輸入端相連；

超級電容電壓檢測電路（11）的輸入端掛接在兩條直流母線上，超級電容電壓檢測電路（11）的檢測信號輸出端與A/D轉換器（13）的檢測信號輸入端相連；

電流檢測電路（12）的檢測信號輸出端與A/D轉換器（13）的檢測信號輸入端相連；

A/D轉換器（13）的數字信號輸出端與DSP控制器（14）的數字信號輸入端相連，DSP控制器（14）的數據信號輸入/輸出端與FPGA（15）的數據信號輸出/輸入端相連；

FPGA（15）的信號輸出端與n重IGBT橋式電路（8）的信號輸入端相連。

2.根據權利要求1所述的基于超級電容儲能的電機調速系統節能控制器，其特征在于，n重IGBT橋式電路（8）包括2n個全控電路（16），n為正整數，兩個全控電路（16）相連即構成一個橋臂，每個橋臂的中點連接一個濾波電感L_k，其中，k=1～n，k為正整數；

所述每個全控電路（16）包括IGBT?T₁和二極管D₁，IGBT?T₁的集電極連接二極管D₁的陰極，IGBT?T₁的發射極連接二極管D₁的陽極。

3.根據權利要求1所述的基于超級電容儲能的電機調速系統節能控制器，其特征在于，超級電容模塊（6）包括兩組電容組且兩組電容組并聯連接，所述每組電容組由多個電容串聯組成。

4.采用權利要求1所述的基于超級電容儲能的電機調速系統節能控制器實現電機控制方法，其特征在于，該控制方法為：

步驟一、將系統接入三相電網，由二極管整流橋（1）、第一直流濾波電容（2）和逆變器（3）構成的電機驅動系統控制電機運行；

步驟二、在步驟一敘述的電機運行過程中，采用電流檢測電路（12）、超級電容電壓檢測電路（11）和直流母線電壓檢測電路（10）分別檢測電感電流、超級電容電壓值Usc和直流母線電壓值Udc，然后采用A/D轉換器（13）將檢測到的電感電流、超級電容電壓值Usc和直流母線電壓值Udc的模擬信號轉換成數字信號，并輸送到DSP控制器（14）中；

步驟三、通過步驟二中檢測的超級電容電壓值Usc，在DSP控制器（14）中將超級電容電壓值Usc與設定的低限值相比較，當超級電容電壓值Usc高于低限值時，DSP控制器（14）以直流母線電壓為控制目標，結合步驟二檢測的直流母線電壓值Udc和電感電流，構成電感電流內環和直流母線電壓外環的閉環控制，直流母線電壓閉環的給定值略高于二極管整流橋（1）整流后得到的直流電壓值，閉環調節輸出給FPGA（15），并在FPGA（15）中實現PWM調制，從而產生開關信號給n重IGBT橋式電路（8）實現雙向DC/DC變換器（5）高壓端和低壓端之間的能量變換；

實施步驟三過程中，若電機（4）工作在再生制動狀態，電機再生能量使得直流母線電壓升高，此時，雙向DC/DC功率變換器（5）工作在降壓變換狀態，將能量由高壓端變換到低壓端，并將其存儲到超級電容模塊（6）中；

實施步驟三過程中，若電機（4）工作在電動狀態，電機電動運行所需要的能量由雙向DC/DC功率變換器（5）將能量由低壓端變換到高壓端的直流母線上來提供，此時超級電容模塊（6）將存儲的能量釋放出來，雙向DC/DC功率變換器（5）工作在從超級電容模塊（6）側到直流母線側的升壓變換狀態；

實施步驟三過程中，若檢測到的超級電容電壓值Usc低于設定的低限值，當電機（4）電動運行時，不再執行步驟五，電機（4）所需能量由電網經過二極管整流橋（1）和濾波電容（2）來提供，當電機（4）再生制動運行時，能量由雙向DC/DC變換器的高壓端流向低壓端。