[發明專利]應用于交流電機調速系統的超級電容儲能控制系統及方法

有效

• 申請號: 202010680574.3
• 申請日: 2020-07-15
• 公開（公告）號: CN111786608B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 張紅娟;任璐;高妍;靳寶全
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00;H02J7/34
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 王軍

本發明涉及一種應用于交流電機調速系統的超級電容儲能控制系統及方法，通過多通道信號采集方法對電機運行狀態進行識別，實現超級電容儲能控制系統的智能識別與控制，實現制動能量的回收與再利用；本發明方法及系統結構簡單，運行可靠，可應用于各種交流電機調速系統如挖掘機、注塑機、電動汽車等，在保證用電設備運行穩定性的同時提高設備的能源利用率，實現節能。

技術領域

本發明涉及儲能控制技術領域，更具體地說，涉及一種應用于交流電機調速系統的超級電容儲能控制系統及方法。

背景技術

隨著我國經濟和科技的不斷發展，能源消耗尤其是電能的消耗量越來越嚴重，而在電力行業，電機成為主要的耗能設備。目前交流電機由于其性能良好、制造簡單等優點被廣泛應用于交通運輸、工業、商業等領域。但是在一些場合交流電機在運行過程中受負載側影響會產生大量制動能量，目前這部分能量大多以熱能形式消耗，不僅損壞設備還造成極大的能源浪費。為了提高交流電機的能量利用率，各國學者開始探索新的節能方法，其中儲能技術受到更多的關注和研究，而超級電容作為新型節能環保儲能器件，受到廣大研究人員的青睞。

通常超級電容的耐壓等級較低，而電機功率較大，因此需要雙向DC/DC變換器來實現電壓等級變換以及能量的傳輸。而超級電容儲能系統的控制關鍵在于雙向DC/DC變換器的工作模式的自動檢測與切換。

發明內容

本發明提供一種應用于交流電機調速系統的超級電容儲能控制系統及方法，旨在解決交流電機調速系統中制動能量回收與再利用的自動控制問題，公開一種采用多通道電壓電流信號采集進行電機運行狀態識別并控制儲能系統的工作模式的自動控制方案。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種應用于交流電機調速系統的超級電容儲能控制系統，包括：三相電網供電模塊、整流器、逆變器、交流電機、負載、雙向DC/DC變換器、超級電容模組、第一電流采集模塊、第一電壓采集模塊、第二電流采集模塊、第二電壓采集模塊、升壓控制算法模塊、狀態識別算法模塊、降壓控制算法模塊、非門、第一與邏輯門模塊、第二與邏輯門模塊、第一數據輸出模塊、第二數據輸出模塊、第一驅動模塊、第二驅動模塊、第三驅動模塊、第四驅動模塊和上位機。所述三相電網供電模塊的輸出端連接到整流器的輸入端；所述整流器的輸出端經第一電流采集模塊連接到逆變器的輸入端；所述逆變器的輸出端連接到交流電機的輸入端；所述交流電機的輸出端連接負載；所述整流器的輸出端同時連接到雙向DC/DC變換器的端口A；所述雙向DC/DC變換器的端口B經第二電流采集模塊連接到超級電容的輸入端；所述第一電流采集模塊采集直流母線電流，其輸出端連接到狀態識別算法模塊的輸入端；所述第一電壓采集模塊并聯在整流器兩端來采集直流母線電壓，其輸出端分別連接到升壓控制算法模塊、狀態識別算法模塊的輸入端；所述第二電流采集模塊采集超級電容電流，其輸出端分別連接到升壓控制算法模塊、降壓控制算法模塊的輸入端；所述第二電壓采集模塊并聯在超級電容模組兩端來采集超級電容電壓，其輸出端分別連接到狀態識別算法模塊、降壓控制算法模塊的輸入端；所述升壓控制算法模塊將所采集的直流母線電壓和超級電容電流作為控制目標輸出PWM信號實現升壓控制；所述降壓控制算法模塊將所采集的超級電容端電壓和電流作為控制目標輸出PWM信號實現降壓控制；所述第一與邏輯門模塊的三個輸入端分別與升壓控制算法模塊的輸出端口、狀態識別算法模塊的端口A和端口B相連；所述第一與邏輯門模塊的輸出端連接到第一數據輸出模塊的輸入端；所述第一數據輸出模塊的輸出端分別連接到第一驅動模塊、第二驅動模塊的輸入端；所述狀態識別算法模塊的端口B還連接非門的輸入端，所述第二與邏輯門模塊的三個輸入端分別與狀態識別算法模塊的端口A、非門的輸出端、降壓控制算法模塊的輸出端口相連；所述第二與邏輯門模塊的輸出端連接到第二數據輸出模塊的輸入端；所述第二數據輸出模塊的輸出端分別連接到第三驅動模塊、第四驅動模塊的輸入端；所述第一驅動模塊、第二驅動模塊、第三驅動模塊、第四驅動模塊的輸出端口分別連接到雙向DC/DC變換器的四個開關管Q2、Q4、Q1、Q3的基極，以控制雙向DC/DC變換器的工作；所述狀態識別算法模塊的輸出端口C連接到上位機的輸入端，在上位機的界面上實時顯示電機及超級電容儲能系統的運行狀態。