[发明专利]一种基于最小功率拓扑的磁悬浮储能飞轮充放电控制方法

权利要求书

1.一种基于最小功率拓扑的磁悬浮储能飞轮充放电控制方法，其特征是：本发明的最小功率拓扑包括：DSP控制单元(1)、功率驱动及保护电路(2)、旁路继电器(3)、软启动电阻(4)、均压电阻(5)、稳压电容(6)、IGBT开关管(7)、霍尔电流传感器(8)、永磁同步电机(9)、飞轮(10)及直流负载(11)。本方法包含三种工作模式：充电模式、保持模式和放电模式，具体实施步骤如下：

充电模式：第一步，市电启动，直流Udc通过软启动电阻R0给稳压电容C1、C2、C3充电，此时旁路继电器KT断开；均压电阻R1、R2、R3用于保证各个稳压电压分压均衡，防止电容过压击穿。

第二步，直流母线电压Udc高于设定的充电电压时，DSP控制单元发送启动运行指令，此时旁路继电器KT闭合，功率单元的保护电路及冷却机构均已开始运行。

第三步，DSP控制单元发送转速设定值、加速电流最大值、过压及过流保护值等指令，IGBT开关管处于高频逆变状态，电机驱动飞轮以设定模式加速至转速设定值。其中，霍尔电流传感器用于测量电机三相电流，用于电流闭环控制及过流保护。

保持模式：永磁电机转速达到设定值后，DSP控制单元以最小电流驱动电机维持当前转速，IGBT开关管仍处于高频逆变状态。

放电模式：第一步，市电断开，直流母线电压Udc低于设定的放电电压，IGBT开关管进入高频整流状态。

第二步，DSP控制单元检测到Udc低于放电电压，将转速闭环切换至直流母线电压闭环，以维持直流母线电压恒定。

第三步，DSP控制单元根据直流母线电压的变化控制电机三相电流反向，永磁电机进入发电状态，完成飞轮的动能向电网电能的转换。

2.根据权利要求1所述的一种基于功率拓扑的磁悬浮储能飞轮充放电控制方法，其特征是：所述的充电模式控制结构由转速外环与双电流内环组成，各回路控制作用如下：

转速环：作用是维持转速恒定，由转速设定值nref与转速估计值nest作差，转速误差输至转速补偿器得到Iq电流参考值Iqref，用于产生有效的电磁转矩。

电流环：作用是维持Iq与Id电流恒定，使电机电流均用于产生电磁转矩而无励磁转矩。Iq电流环根据转速环生成的参考值Iqref与测量值Iq作差，电流误差输至电流补偿器得到电压Vq，而Id电流环根据参考值Idref与测量值Id作差，电流误差输至电流补偿器得到电压Vd。生成的Vq与Vd经过IPARK(两相旋转向两相静止坐标)转换得到Vα与Vβ。生成的Vα与Vβ输至SVPWM(空间矢量脉宽调制)单元生成三路信号Ta，Tb，Tc，三路信号Ta，Tb，Tc输至PWM单元生成三路PWM波形PWMA、PWMB、PWMC用于控制电机旋转。

测量回路：串联在电机输入端的霍尔传感器测量出电机三相电流Ia，Ib，Ic，输至CLARKE(三相静止向两相静止坐标)转换得到Iα与Iβ。生成的Iα与Iβ输至PARK(两相静止向两相旋转坐标)转换得到测量值Id与Iq。

估计回路：根据测量得到的电机三相电流Ia，Ib，Ic以及直流母线电压Vdc，经过CLARKE(三相静止向两相静止坐标)转换分别得到Iα、Iβ、uα、uβ，输至滑模观测器单元生成角位置估计值θest与转速估计值nest。

3.根据权利要求1所述的一种基于最小功率拓扑的磁悬浮储能飞轮充放电控制方法，其特征是：所述的放电模式控制结构由电压外环与双电流内环组成，各回路控制作用如下：

电压环：作用是维持直流母线电压恒定，由电压设定值Vref与直流母线电压检测值Vdc作差，电压误差输至电压补偿器得到Iq电流参考值Iqref，用于产生有效的电磁转矩。

电流环、测量回路与估计回路均与特征2中内容一致，不同之处是估计回路只需要得到角位置估计值θest。