[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

摘要

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，用于完成磁悬浮储能飞轮的高效率充放电控制，实现电能‑动能‑电能的能量转换。该功率拓扑包括DSP控制单元、功率驱动及保护电路、旁路继电器、软启动电阻、均压电阻、稳压电容、IGBT开关管、霍尔电流传感器、永磁同步电机、飞轮及直流负载。当直流母线电压Udc高于充电电压时，IGBT开关管处于高频逆变状态，永磁同步电机驱动飞轮升速，飞轮处于充电模式，完成电能向动能的转换；当直流母线电压Udc低于放电电压时，IGBT开关管处于PWM整流状态，飞轮转速下降，永磁同步电机处于放电模式，完成动能向电能的转换。本发明用于磁悬浮储能飞轮高效率充放电控制。

主权项

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。