本發(fā)明涉及電機技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及雙PWM永磁電力驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法。

背景技術(shù)：

超級電容器(ultracapacitor，UC)，包括雙電層電容器(Electrostatic double-layer capacitor)和贗電容器(Electrochemical pseudocapacitor),通過極化電解質(zhì)來儲能。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲能過程是可逆的，也正因為此超級電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。

脈寬調(diào)制(PWM)，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。PWM控制技術(shù)以其控制簡單，靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點。

現(xiàn)有的永磁電力驅(qū)動系統(tǒng)在儲能裝置中多采用超級電容器，但超級電容器能量密度小，不能長期供能，并且在負載功率波動較大時不能及時平抑，不很很好的適應(yīng)各種工況下系統(tǒng)的運行，能量利用不充分，并限制了電動汽車行駛里程。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的雙PWM永磁電力驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種雙PWM永磁電力驅(qū)動系統(tǒng)，包括：

雙PWM永磁電力驅(qū)動模塊，包括直流母線電容；以及

儲能模塊，包括分別設(shè)置在所述直流母線電容兩側(cè)的蓄電池和超級電容器；

其中，所述蓄電池和所述超級電容器均通過各自所在側(cè)的雙向DC/DC變換器與所述直流母線連接。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種雙PWM永磁電力驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法，包括：

S1、采集發(fā)電機的輸出功率以及負載的需求功率；以及

S2、基于所述輸出功率與所述需求功率的大小，所述儲能模塊存儲能量或釋放能量。

本申請?zhí)岢鲈陔pPWM的永磁電力驅(qū)動模塊的直流母線電容兩側(cè)分別經(jīng)雙向DC/DC變換器并聯(lián)蓄電池及超級電容器，構(gòu)成混合儲能的雙PWM永磁電力驅(qū)動系統(tǒng)，同時提出一種混合儲能系統(tǒng)分層管理控制策略，利用蓄電池和超級電容的互補特性，制定工作切換模式，實現(xiàn)不同工況下永磁發(fā)電機，蓄電池和超級電容器三個能量源協(xié)調(diào)工作，減小功率波動對系統(tǒng)的沖擊，提高了系統(tǒng)的能量利用率，解決了電動汽車行駛里程短，蓄電池壽命低的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中雙PWM永磁電力驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中雙PWM永磁電力驅(qū)動系統(tǒng)的流程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

為了克服現(xiàn)有的永磁電力驅(qū)動系統(tǒng)中超級電容器能量密度小，不能長期供能，并且在負載功率波動較大時不能及時平抑，不能適應(yīng)各種工況下系統(tǒng)的運行，能量利用不充分的問題，本發(fā)明提供了一種雙PWM永磁電力驅(qū)動系統(tǒng)，

圖1示出了一種雙PWM永磁電力驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括：

雙PWM永磁電力驅(qū)動模塊，包括直流母線電容；以及

儲能模塊，包括分別設(shè)置在所述直流母線電容兩側(cè)的蓄電池和超級電容器；

其中，所述蓄電池和所述超級電容器均通過各自所在側(cè)的雙向DC/DC變換器與所述直流母線連接。

DC/DC變換器是將一種直流電能轉(zhuǎn)換成另一種形式直流電能的技術(shù)，主要對電壓、電流實現(xiàn)變換。將單向DC/DC變換器中的單向開關(guān)和二極管改為雙向開關(guān)，則所有的單向拓撲均變?yōu)殡p向拓撲，加上合理的控制就能實現(xiàn)能量的雙向流動。

直流母線，就是將交流變成直流，在變頻器中是用銅排的母線形式安裝的。

在一個實施例中，所述雙PWM永磁電力驅(qū)動模塊還包括：分別連接在所述直流母線電容兩側(cè)的電能供給單元和動能輸出單元；

其中，所述電能供給單元包括沿電流傳輸方向依次連接的原動機、發(fā)電機以及第一PWM整流器，所述動能輸出單元包括通過第二PWM整流器連接所述直流母線電容的電動機，所述電動機同時與負載連接。

在一個實施例中，所述第一PWM整流器依次通過第一雙向DC/DC變換器和所述蓄電池與所述直流母線電容連接；

所述第二PWM整流器依次通過第二雙向DC/DC變換器和所述蓄電池與所述直流母線電容連接。

由原動機拖動發(fā)電機運行，發(fā)電機發(fā)出電能經(jīng)PWM整流器轉(zhuǎn)化為直流電，蓄電池和超級電容作為儲能單元通過兩個雙向DC/DC變換器分別接入直流母線，再經(jīng)過PWM整流器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電驅(qū)動電動機，電動機帶動電動汽車運行。雙PWM變流器實現(xiàn)能量傳遞，維持直流母線電壓的穩(wěn)定。雙向DC/DC變換器實現(xiàn)蓄電池及超級電容的充放電控制。

在一個實施例中，本發(fā)明還提供一種雙PWM永磁電力驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法，包括：

S1、采集發(fā)電機的輸出功率以及負載的需求功率；以及

S2、基于所述輸出功率與所述需求功率的大小，所述儲能模塊存儲能量或釋放能量。

為了更好地說明本發(fā)明中的控制方法，以下實施例將本控制方法的應(yīng)用場景具體設(shè)置為對電動汽車的控制，儲能模塊是維持系統(tǒng)功率平衡的樞紐，能夠維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，在電動汽車運行在不同工況下(包括啟動，加速，爬坡，巡航，減速，制動等)時，本發(fā)明提供的雙PWM永磁電力驅(qū)動系統(tǒng)在滿足汽車不同行駛狀態(tài)下的功率需求的前提下，對發(fā)電機、蓄電池和超級電容器的充放電功率進行合理的分配與控制。發(fā)電機為主要動力源，發(fā)電機一般工作在負載跟蹤模式，根據(jù)負載功率需求傳遞電能；蓄電池與超級電容器組成輔助電源，為充分發(fā)揮兩種儲能裝置的互補優(yōu)勢，利用能量密度大的蓄電池為系統(tǒng)提供長期能量，以滿足平常負載需求，當汽車啟動或加速時，使超級電容提供峰值功率，避免蓄電池大電流充放電，延緩蓄電池壽命，并在汽車減速或制動時將回饋的能量儲存在超級電容中，提高能量利用率，實現(xiàn)節(jié)能運行，提高汽車續(xù)航能力。

對于整個系統(tǒng)來說，負載功率為汽車行駛所需的功率，當汽車運行在不同工況下時，負載功率隨之發(fā)生變化，為了更好的適應(yīng)不同工況下的運行，實時檢測負載功率及發(fā)電機輸出功率，根據(jù)能量管理的核心思想，制定了系統(tǒng)的六種工作模式，根據(jù)負載功率變化情況切換不同的工作模式，合理分配蓄電池及超級電容的充放電功率，實現(xiàn)系統(tǒng)能量管理。

為方便調(diào)節(jié)超級電容器的荷電狀態(tài)，為超級電容器設(shè)置上下限門檻端電壓及荷電狀態(tài)調(diào)整點，為保護蓄電池及制定蓄電池充放電模式，設(shè)定蓄電池最大充放電功率(滿足常用負載功率)。

圖2示出了本發(fā)明中雙PWM永磁電力驅(qū)動系統(tǒng)的具體控制方法示意圖，如圖可知，本控制方法包括：

首先設(shè)置超級電容的上限門檻端電壓U_CH、超級電容的下限門檻端電壓U_CL、超級電容的荷電狀態(tài)調(diào)整點U_opt以及蓄電池的最大充放電功率P_B-max；以及

接著采集發(fā)電機輸出功率P_w、負載的需求功率P_L以及超級電容端電壓U_SC。

依據(jù)發(fā)電機輸出功率和負載的需求功率的關(guān)系，制定了六種工作模式，根據(jù)負載功率變化情況切換不同的工作模式，合理分配蓄電池及超級電容的充放電功率，實現(xiàn)系統(tǒng)能量管理。

模式1、當0<P_w-P_L<P_B-max，且U_SC>U_CH時，所述發(fā)電機發(fā)出多余的電能傳輸至所述蓄電池，同時所述超級電容以P_SC-ref＝P_w-P_L-P_B-max放電至所述蓄電池，直至超級電容端電壓達到U_opt，隨后轉(zhuǎn)入模式2；

模式2、當0<P_w-P_L<P_B-max，且U_SC<U_CH時，斷開所述超級電容與所述直流母線電容的連接，發(fā)電機同時向所述負載和蓄電池充電。

模式3、當P_w-P_L>P_B-max時，所述發(fā)電機不發(fā)出電功率，第二PWM整流器運行在整流狀態(tài)，基于所述電動機回饋的能量向超級電容充電。

模式4、當0<P_L-P_w<P_B-max，且U_SC<U_CL時，所述蓄電池以P_B-max放電至所述超級電容，超級電容以P_SC-ref＝P_w-P_L+P_B-max充電，發(fā)電機與蓄電池共同為負載和超級電容供電，直至超級電容端電壓達到U_opt；以及

模式5、當0<P_L-P_w<P_B-max，且U_SC>U_CL時，斷開所述超級電容與所述直流母線電容的連接，發(fā)電機與蓄電池共同向負載供電。

模式6、當P_w+P_B-max<P_L時，所述超級電容以P_SC-ref＝P_L-P_w-P_B-max放電，蓄電池以最大功率放電，發(fā)電機、蓄電池以及超級電容共同向負載供電。

最后，本申請的方法僅為較佳的實施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。