一種基于飛輪儲(chǔ)能的交流電源及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于飛輪儲(chǔ)能的交流電源及其控制方法，所述裝置包括電源模塊、控制器、飛輪儲(chǔ)能模塊、開關(guān)和負(fù)載；電源模塊與負(fù)載模塊通過開關(guān)連接，飛輪儲(chǔ)能模塊與負(fù)載并聯(lián)連接；控制器采樣電源模塊輸出，并輸出控制信號(hào)，控制電源模塊中逆變器的動(dòng)作?？刂品椒ㄖ?，制器采樣得到逆變器輸出三相電壓，經(jīng)邏輯運(yùn)算后，經(jīng)過限幅器之后便得到控制的目標(biāo)三相電流和三相電壓，從而形成完整的閉環(huán)控制。當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能儲(chǔ)存在飛輪中；當(dāng)負(fù)載較重甚至過載時(shí)，感應(yīng)電機(jī)連接的飛輪釋放機(jī)械能，通過感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，同交流電源一起給負(fù)載供電，減少交流電源支路的電流，有效防止過電流的產(chǎn)生，從而保護(hù)了逆變器的正常運(yùn)行。
【專利說明】-種基于飛輪儲(chǔ)能的交流電源及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及交流電源應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及基于飛輪儲(chǔ)能的交流電源及其控制 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著分布式發(fā)電技術(shù)在全球的推廣，獨(dú)立供電系統(tǒng)也有著越來越廣泛的應(yīng)用。然 而由于分布式發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的孤立，在負(fù)載變化較大的情況下，很難有較好的跟隨能力。 這直接導(dǎo)致系統(tǒng)難以穩(wěn)定地工作運(yùn)行。為了解決這個(gè)問題，提出了各種方式的解決方案，但 主要集中在交流電源的拓?fù)溥x擇和控制領(lǐng)域。
[0003] 飛輪儲(chǔ)能裝置在工業(yè)上也有大量的應(yīng)用，主要應(yīng)用在動(dòng)力分配變化頻繁的領(lǐng)域， 例如汽車的能量回收等。目前也有應(yīng)用于供電系統(tǒng)中，但通常也是作為儲(chǔ)能裝置來使用。在 電網(wǎng)中有一定的應(yīng)用空間，但在獨(dú)立供電系統(tǒng)中很少使用。
[0004] 在目前的一些大功率的驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，使用獨(dú)立供電的交流電源時(shí)會(huì)會(huì)產(chǎn)生一系列問 題。最突出一點(diǎn)就是負(fù)載大范圍變化時(shí)，系統(tǒng)中難以避免的產(chǎn)生過電壓和過電流，而目前逆 變器的容量有限，這些過電壓和過電流會(huì)對(duì)逆變器本身及其驅(qū)動(dòng)裝置造成損壞，為抑制這 些過電壓和過電流，有專家學(xué)者針對(duì)逆變器本身，應(yīng)用電力電子技術(shù)能有效的減免這些危 害。但同時(shí)造成整個(gè)系統(tǒng)的繁雜，控制也趨于復(fù)雜，系統(tǒng)的穩(wěn)定性大大降低，而這在工業(yè)控 制領(lǐng)域是極為重要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于以上背景，為了克服現(xiàn)有的不足，本發(fā)明創(chuàng)造性地把飛輪儲(chǔ)能技術(shù)和已有的 獨(dú)立供電系統(tǒng)結(jié)合在一起，特別適合在負(fù)載變化較大的應(yīng)用場(chǎng)合使用，提出的控制方法也 能針對(duì)性的抑制過電流的產(chǎn)生，維持供電系統(tǒng)和負(fù)載的正常工作。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：
[0007] -種基于飛輪儲(chǔ)能的交流電源，包括電源模塊、控制器、飛輪儲(chǔ)能模塊、開關(guān)和負(fù) 載；電源模塊與負(fù)載模塊通過開關(guān)連接，飛輪儲(chǔ)能模塊與負(fù)載并聯(lián)連接；控制器采樣電源 模塊輸出，并輸出控制信號(hào)，控制電源模塊中逆變器的動(dòng)作。
[0008] 進(jìn)一步地，電源模塊包括直流電源、逆變器Inv、濾波電感Ll ;直流電源、逆變器和 濾波電感依次串聯(lián)連接；逆變器采用三相全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具體是采用智能功率模塊，其中集 成了驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路；濾波電感用于濾除電流中雜波，獲得較穩(wěn)定地電流輸出。
[0009] 進(jìn)一步地，控制器采用TI公司的DSP作為核心控制芯片，型號(hào)為TMS320F2812 ; 控制器采樣得到經(jīng)過濾波電感后電路輸出的電壓和電流作為控制器的輸入，輸出逆變器 (Irw)的各個(gè)開關(guān)管的控制信號(hào)，作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接到逆變器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，使逆變器 輸出正弦電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載以及感應(yīng)電機(jī)?？刂频男Ч菫榱司S持輸出正弦電流驅(qū)動(dòng)后面的負(fù) 載以及感應(yīng)電機(jī)。對(duì)于所使用的控制方法，本發(fā)明申明的方法特別針對(duì)負(fù)載過載時(shí)，產(chǎn)生過 流的情況下的控制。
[0010] 進(jìn)一步地，飛輪儲(chǔ)能模塊包括感應(yīng)電機(jī)、飛輪、旁路電感L2、旁路電容C2 ;整個(gè)飛 輪儲(chǔ)能模塊連接在濾波電感Ll的輸出側(cè)；感應(yīng)電機(jī)輸入的電源經(jīng)過濾波電感后接到感應(yīng) 電機(jī)的電源輸入端；飛輪則是作為感應(yīng)電機(jī)的負(fù)載；旁路電感和旁路電容串聯(lián)連接作為一 個(gè)整體與感應(yīng)電機(jī)的輸入端連接；運(yùn)行中旁路電感和旁路電容這個(gè)支路主要作為感應(yīng)電機(jī) 的過壓和過流保護(hù)電路，緩沖電路中可能出現(xiàn)的過電壓和過電流，保護(hù)電機(jī)免受損壞。
[0011] 進(jìn)一步地，所述負(fù)載連接在濾波電感Ll的輸出端，在負(fù)載與濾波電感之間串聯(lián)有 開關(guān)Kl ;顯然，Kl是用于選擇負(fù)載是否工作。Kl閉合時(shí)，負(fù)載運(yùn)行工作；關(guān)閉時(shí)，負(fù)載與電 路斷開連接；負(fù)載通常是工業(yè)控制中的各種電機(jī)，如吊機(jī)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、工廠的傳送帶上的 驅(qū)動(dòng)電機(jī)。這些負(fù)載的共同特點(diǎn)是負(fù)載不穩(wěn)定，并通常有過載的情況發(fā)生。電機(jī)的控制精 度要求不高，但過載時(shí)產(chǎn)生的過電流會(huì)對(duì)逆變器造成損壞，因此要特別注意治理可能產(chǎn)生 的過電流。
[0012] 上述的基于飛輪儲(chǔ)能的交流電源的控制方法是，控制器采樣得到逆變器輸出三相 電壓中的V uv、Vwv和三相電流中的iu、iw，經(jīng)過iuv uv+iwvwv這個(gè)運(yùn)算，將其值賦為P ;將P值與 〇進(jìn)行比較：如果P>〇,對(duì)P乘以增益K，K在保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下經(jīng)過調(diào)試確定； 如果p〈〇,對(duì)iu、iw進(jìn)行Park變換，得到i α、i e ;經(jīng)過

【權(quán)利要求】
1. 一種基于飛輪儲(chǔ)能的交流電源，其特征在于包括電源模塊、控制器、飛輪儲(chǔ)能模塊、 開關(guān)和負(fù)載；電源模塊與負(fù)載模塊通過開關(guān)連接，飛輪儲(chǔ)能模塊與負(fù)載并聯(lián)連接；控制器 采樣電源模塊輸出，并輸出控制信號(hào)，控制電源模塊中逆變器的動(dòng)作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于飛輪儲(chǔ)能的交流電源，其特征在于電源模塊包括直流電 源、逆變器、濾波電感；直流電源、逆變器和濾波電感依次串聯(lián)連接；逆變器采用三相全橋 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具體是采用智能功率模塊，其中集成了驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路；濾波電感用于濾除電流 中雜波。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于飛輪儲(chǔ)能的交流電源，其特征在于控制器采用TI公司的 DSP作為核心控制芯片，型號(hào)為TMS320F2812 ;控制器采樣得到經(jīng)過濾波電感后電路輸出的 電壓和電流作為控制器的輸入，輸出逆變器（Inv)的各個(gè)開關(guān)管的控制信號(hào)，作為驅(qū)動(dòng)信 號(hào)連接到逆變器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，使逆變器輸出正弦電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載以及感應(yīng)電機(jī)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于飛輪儲(chǔ)能的交流電源，其特征在于飛輪儲(chǔ)能模塊包括 感應(yīng)電機(jī)、飛輪、旁路電感、旁路電容；整個(gè)飛輪儲(chǔ)能模塊連接在濾波電感的輸出側(cè)；感應(yīng) 電機(jī)輸入的電源經(jīng)過濾波電感后接到感應(yīng)電機(jī)的電源輸入端；飛輪則是作為感應(yīng)電機(jī)的負(fù) 載；旁路電感和旁路電容串聯(lián)連接作為一個(gè)整體與感應(yīng)電機(jī)的輸入端連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于飛輪儲(chǔ)能的交流電源，其特征在于所述負(fù)載連接在濾波 電感的輸出端，在負(fù)載與濾波電感之間串聯(lián)有開關(guān)Kl ;K1閉合時(shí)，負(fù)載運(yùn)行工作；關(guān)閉時(shí)， 負(fù)載與電路斷開連接。
6. 權(quán)利要求1?5任一項(xiàng)所述的基于飛輪儲(chǔ)能的交流電源的控制方法，其特征在于控 制器采樣得到逆變器輸出三相U、v、w電壓中的三相電流中的iu、iw,將iuv uv+iwvwv這個(gè)值賦為P ;將P值與〇進(jìn)行比較：如果P>〇,對(duì)P乘以增益K;如果p〈0,對(duì)iu、iw進(jìn)行 Park變換，得到ia、ie ;
這個(gè)運(yùn)算，并定義其結(jié)果為irms，將irms與輸入的 目標(biāo)電流值ith的差值經(jīng)過PI控制，其輸出和pK相加，其和定義為finv，finv經(jīng)過限幅器之 后便得到控制的目標(biāo)三相電流和三相電壓，從而形成完整的閉環(huán)控制。
【文檔編號(hào)】H02M7/64GK104333257SQ201410610662
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】康龍?jiān)? 陳凌宇, 李臻 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)