專(zhuān)利名稱：一種飛輪電池充放電控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)飛輪電池進(jìn)行充電、放電控制的系統(tǒng)，還涉及利用該系統(tǒng)對(duì)飛 輪電池進(jìn)行控制的方法。
背景技術(shù)：
飛輪電池的充電、放電過(guò)程是飛輪電池的基本控制過(guò)程。目前國(guó)內(nèi)外的飛輪電池 充放電控制系統(tǒng)均采用如圖1所示的交-直-交系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括三相不可控整流電路1、 升降壓斬波控制電路2、儲(chǔ)能濾波電容3、IGBT功率變換電路4、過(guò)零檢測(cè)電路5、電壓、電流 檢測(cè)電路6、直流電壓檢測(cè)及過(guò)壓保護(hù)電路7、采樣濾波過(guò)流保護(hù)電路8、霍爾信號(hào)處理電路 9、位移、溫度采樣電路10和DSP控制器200，其中，三相不可控整流電路1、升降壓斬波控 制電路2和IGBT功率變換電路4依次連接，IGBT功率變換電路4的交流側(cè)連接飛輪電機(jī) 100，儲(chǔ)能濾波電容3連接于升降壓斬波控制電路2與IGBT功率變換電路4之間的直流母 線之間，直流電壓檢測(cè)及過(guò)壓保護(hù)電路7連接在三相不可控整流電路1的直流側(cè)與DSP控 制器200的A/D 口之間，DSP控制器200與IGBT功率變換電路4控制連接，IGBT功率變換 電路4的故障輸出端連接DSP控制器200的PDP INT輸入端，過(guò)零檢測(cè)電路5連接在飛輪 電機(jī)100的一相輸入端與DSP控制器200的CAP6 口之間，電壓、電流檢測(cè)電路6連接飛輪 電機(jī)100的三相輸入端，電壓、電流檢測(cè)電路6、采樣濾波過(guò)流保護(hù)電路8、DSP控制器200的 A/D 口依次連接，霍爾信號(hào)處理電路9連接在飛輪電機(jī)100的霍爾信號(hào)輸出端與DSP控制器 200的QEP 口之間，位移、溫度采樣電路10連接在飛輪電機(jī)100的位移、溫度傳感器輸出端與 DSP控制器200的I/O 口之間，DSP控制器200通過(guò)其智能通信模塊與人機(jī)界面進(jìn)行通信。當(dāng)飛輪電池充電時(shí)，系統(tǒng)將來(lái)自市電或者其他電源的電能通過(guò)DSP微處理器 (Digital Signal Processor)控制IGBT功率變換模塊來(lái)驅(qū)動(dòng)飛輪加速到一定轉(zhuǎn)速，把電能 轉(zhuǎn)化為機(jī)械能儲(chǔ)存起來(lái)，完成飛輪電池的充電過(guò)程；當(dāng)系統(tǒng)需要放電時(shí)，飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)為發(fā)電 工況下工作，飛輪就將所儲(chǔ)存的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，系統(tǒng)通過(guò)IGBT功率變換模塊自身的續(xù) 流二極管把飛輪電機(jī)發(fā)出的三相變頻變壓的交流電進(jìn)行不控整流轉(zhuǎn)化為直流電，并通過(guò)母 線上的升降壓斬波控制電路把該直流電穩(wěn)定在某個(gè)區(qū)間供負(fù)載使用?，F(xiàn)有的飛輪電池充放電控制系統(tǒng)存在如下缺陷1、由于飛輪電池充放電控制系統(tǒng)應(yīng)用的整流裝置大多采用二極管不控整流或晶 閘管相控整流，飛輪電池在放電過(guò)程中產(chǎn)生電壓和頻率都不斷減少的三相交流電，該交流 電頻率為高頻，采用不可控二極管整流或者相控整流，使系統(tǒng)的諧波含量增加，交流側(cè)波形 畸變嚴(yán)重，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)低、效率低；2、由于飛輪電池充放電控制系統(tǒng)的后級(jí)還采用升降壓斬波穩(wěn)壓電路，系統(tǒng)模塊多 導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性降低，同時(shí)增加系統(tǒng)的硬件成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題之一在于，提供一種飛輪電池充放電控制系統(tǒng)，克服現(xiàn)有飛輪電池充放電控制系統(tǒng)功率因數(shù)低、效率低的缺陷，提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)硬件成 本。本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題之二在于，提供一種飛輪電池充放電控制方法，克服現(xiàn) 有飛輪電池充放電控制系統(tǒng)缺陷，提高系統(tǒng)功率因數(shù)、系統(tǒng)效率和系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)硬 件成本。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題之一所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種飛輪電池充放電控制 系統(tǒng)，包括三相不可控整流電路、儲(chǔ)能濾波電容、IGBT功率變換電路、過(guò)零檢測(cè)電路、電壓、 電流檢測(cè)電路、直流電壓檢測(cè)及過(guò)壓保護(hù)電路、采樣濾波過(guò)流保護(hù)電路、位移、溫度采樣電 路和DSP控制器，所述三相不可控整流電路直流側(cè)與所述IGBT功率變換電路直流側(cè)連接，所述 IGBT功率變換電路交流側(cè)連接飛輪電機(jī)，所述儲(chǔ)能濾波電容連接于所述三相不可控整流電 路與所述IGBT功率變換電路之間的直流母線之間；所述直流電壓檢測(cè)及過(guò)壓保護(hù)電路連接在所述三相不可控整流電路直流側(cè)與所 述DSP控制器的A/D 口之間；所述DSP控制器的PWM輸出口與所述IGBT功率變換電路連接，該IGBT功率變換 電路的故障輸出端連接DSP控制器的PDP INT輸入端；所述過(guò)零檢測(cè)電路連接在飛輪電機(jī)的一相輸入端與DSP控制器的CAP6 口之間；所述電壓、電流檢測(cè)電路連接飛輪電機(jī)的三相輸入端，該電壓、電流檢測(cè)電路、所 述采樣濾波過(guò)流保護(hù)電路、所述DSP控制器的A/D 口依次連接；所述位移、溫度采樣電路連接在飛輪電機(jī)的位移傳感器、溫度傳感器輸出端與所 述DSP控制器的I/O 口之間；所述DSP控制器通過(guò)其智能通信模塊與人機(jī)界面進(jìn)行通信；其特征在于，包括儲(chǔ)能電感、三相聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)和旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理電路；所述儲(chǔ)能電感串接在所述IGBT功率變換電路交流側(cè)每相輸出端與飛輪電機(jī)的輸 入端之間；所述三相聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)分別與所述儲(chǔ)能電感并接；所述旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理電路連接在飛輪電機(jī)的旋變信號(hào)輸出端與DSP控制器 的QEP 口之間。在本發(fā)明的飛輪電池充放電控制系統(tǒng)中，所述采樣濾波過(guò)流保護(hù)電路包括依次連 接的反向放大電路、滯環(huán)比較電路和保護(hù)輸出電路。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題之二所采用的技術(shù)方案是提供一種飛輪電池充放電控制 方法，基于如權(quán)利要求1所述的飛輪電池充放電控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)飛輪電池充放電控制，其特 征在于，包括如下步驟SPUDSP控制器屏蔽所有中斷信號(hào)；SP2、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化；SP3、對(duì)A/D采樣、事件管理器、I/O 口、通信模塊進(jìn)行初始化；SP4、使能DSP內(nèi)部定時(shí)器Tl下溢中斷，使能DSP外部中斷1、外部中斷；開(kāi)DSP中 斷；SP5、系統(tǒng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)主循環(huán)，等待中斷信號(hào)；
所述中斷信號(hào)包括定時(shí)器Tl下溢中斷、DSP外部中斷1、DSP外部中斷2 ；當(dāng)產(chǎn)生DSP外部中斷1時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入充電處理，步驟如下Al、置位充電信號(hào)，轉(zhuǎn)速維持信號(hào)清零；A2、定時(shí)器Tl下溢中斷開(kāi)始，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；A3、根據(jù)充電置位信號(hào)調(diào)用充電子程序；A4、判斷飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速是否大于等于設(shè)定轉(zhuǎn)速，當(dāng)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速小于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)， 轉(zhuǎn)步驟A3 ；當(dāng)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速大于等于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)下步；A5、將充電置位信號(hào)清零，置位電機(jī)轉(zhuǎn)速維持信號(hào)，清除DSP外部中斷1的標(biāo)志位 后，返回現(xiàn)場(chǎng)；所述充電子程序?yàn)锳a、對(duì)系統(tǒng)直流母線電壓、飛輪電機(jī)電流進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換；Ab、判斷飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)子相位是否初始化，當(dāng)轉(zhuǎn)子相位未初始化時(shí)，初始化轉(zhuǎn)子相位 后轉(zhuǎn)步驟Ad ；當(dāng)轉(zhuǎn)子相位已初始化時(shí)，計(jì)算轉(zhuǎn)子磁通轉(zhuǎn)角增量和轉(zhuǎn)子絕對(duì)位置；Ac、判斷是否到轉(zhuǎn)速采樣時(shí)，當(dāng)?shù)睫D(zhuǎn)速采樣時(shí)，計(jì)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)PID 調(diào)節(jié)后轉(zhuǎn)下步；當(dāng)未到轉(zhuǎn)速采樣時(shí)，轉(zhuǎn)下步；Ad、對(duì)采樣回來(lái)的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行規(guī)格化處理；Ae、進(jìn)行 Clarke 變換；Af、查 sin、cos 表，進(jìn)行 Park 變換；Ag、進(jìn)行q軸、d軸電流閉環(huán)PID調(diào)節(jié)；Ah、進(jìn)行Park逆變換；Ak、進(jìn)行SVPWM調(diào)節(jié)后，結(jié)束充電；當(dāng)產(chǎn)生DSP外部中斷2時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入放電處理，步驟如下Bi、置位放電信號(hào)，轉(zhuǎn)速維持信號(hào)清零；B2、定時(shí)器Tl下溢中斷開(kāi)始，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；B3、根據(jù)放電置位信號(hào)調(diào)用放電子程序；B4、判斷飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速是否小于等于設(shè)定轉(zhuǎn)速，當(dāng)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速大于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)， 轉(zhuǎn)步驟B3 ；當(dāng)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速小于等于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)下步；B5、將放電置位信號(hào)清零，置位電機(jī)轉(zhuǎn)速維持信號(hào)，清除DSP外部中斷2的標(biāo)志位 后，返回現(xiàn)場(chǎng)；所述放電子程序?yàn)锽a、軟件啟動(dòng)A/D采樣，讀取采樣數(shù)據(jù)；Bb、判斷輸出直流母線電壓是否需要調(diào)節(jié)，當(dāng)電壓勿需調(diào)節(jié)時(shí)，轉(zhuǎn)步驟Bd，當(dāng)電壓 需要調(diào)節(jié)時(shí)，轉(zhuǎn)下步；Be、對(duì)輸出直流母線電壓進(jìn)行電壓閉環(huán)PID調(diào)節(jié)；Bd、對(duì)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行位置檢測(cè)，計(jì)算轉(zhuǎn)子相位；Be、對(duì)等效來(lái)的交直軸的電流進(jìn)行電流閉環(huán)PID調(diào)節(jié)；Bf、進(jìn)行 SVPWM 調(diào)節(jié)；Bg、刷新比較寄存器后，結(jié)束放電；在現(xiàn)場(chǎng)主循環(huán)中，系統(tǒng)進(jìn)入狀態(tài)維持處理，步驟如下
Cl、定時(shí)器Tl下溢中斷開(kāi)始；C2、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；C3、根據(jù)轉(zhuǎn)速維持信號(hào)調(diào)用轉(zhuǎn)速維持子程序；C4、返回現(xiàn)場(chǎng)；所述轉(zhuǎn)速維持子程序?yàn)镃a、判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)速是否小于設(shè)定轉(zhuǎn)速的95%，當(dāng)前轉(zhuǎn)速大于等于設(shè)定轉(zhuǎn)速的95% 時(shí)轉(zhuǎn)入步驟SP5，當(dāng)前轉(zhuǎn)速小于設(shè)定轉(zhuǎn)速的95%時(shí)轉(zhuǎn)下步；Cb、進(jìn)行飛輪電機(jī)電流、直流母線電壓AD采樣和轉(zhuǎn)換；Ce、對(duì)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)PID調(diào)節(jié)；Cd、對(duì)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子位置信息進(jìn)行檢測(cè)；Ce、對(duì)等效來(lái)的交直軸的電流進(jìn)行電流閉環(huán)PID調(diào)節(jié)；Cf、進(jìn)行SVPWM調(diào)節(jié)后，結(jié)束轉(zhuǎn)速維持子程序。在本發(fā)明的飛輪電池充放電控制方法中，所述中斷信號(hào)包括DSP外部中斷3，所述 步驟SP4包括使能DSP外部中斷3 ；當(dāng)產(chǎn)生DSP外部中斷3時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入能量查詢處理，步 驟如下Da、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)；Db、判斷DSP外部中斷1是否運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)，停止DSP外部中斷1后，轉(zhuǎn)步驟Dd ；不 運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)下步；Dc、判斷DSP外部中斷2是否運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)，停止DSP外部中斷2 ；不運(yùn)行時(shí)直接轉(zhuǎn) 下步；Dd、計(jì)算飛輪儲(chǔ)存的能量，輸出能量計(jì)算結(jié)果。在本發(fā)明的飛輪電池充放電控制方法中，所述中斷信號(hào)包括故障中斷信號(hào)，所述 步驟SP4包括使能DSP故障中斷；當(dāng)產(chǎn)生故障中斷信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入故障處理，步驟如下Ea、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；Eb、禁止發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；Ec、判斷故障；Ed、清除故障標(biāo)志；Ee、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)束故障中斷。實(shí)施本發(fā)明的飛輪電池充放電控制系統(tǒng)及控制方法，與現(xiàn)有技術(shù)比較，其有益效 果是1.系統(tǒng)采用儲(chǔ)能電感、三相聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)和旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理電路，省略升降壓斬 波控制電路，減少了飛輪發(fā)電工況下整流輸入側(cè)的諧波電流，最終輸出的直流電壓穩(wěn)定，高 頻紋波小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，且負(fù)載部分輸出電流連續(xù)、脈動(dòng)?。皇沟蔑w輪電池系統(tǒng)的功率因數(shù) 接近1，系統(tǒng)的效率在90%以上，特別適應(yīng)用飛輪電池快充快放的工況；2.本發(fā)明采取基于旋轉(zhuǎn)變壓器反饋的矢量控制方法，由于旋轉(zhuǎn)變壓器是一種精密 角度、位置、速度檢測(cè)裝置，在高速的工況下，旋轉(zhuǎn)變壓器能夠?qū)崟r(shí)并準(zhǔn)確地檢測(cè)到轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn) 子位置等信息，基于旋轉(zhuǎn)變壓器的矢量控制方法具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好，速度控制精度高，能 滿足高精度同步控制要求；3.本發(fā)明采用基于空間矢量的PWM整流技術(shù)，PWM整流控制系統(tǒng)為一個(gè)由電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)構(gòu)成的雙閉環(huán)系統(tǒng)，電壓外環(huán)穩(wěn)定輸出電壓，電流內(nèi)環(huán)迫使實(shí)際電流跟蹤給 定電流。通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ髂Ｊ胶凸ぷ鲿r(shí)間間隔，交流側(cè)的電流可以按規(guī)定目標(biāo)變化，使 得能量在交流側(cè)和直流側(cè)實(shí)現(xiàn)雙向流動(dòng)，且交流側(cè)電流非常接近正弦波并與交流側(cè)電壓同 相位，可使變流裝置獲得較高的功率因數(shù)，從而大大提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)和系統(tǒng)效率。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中圖1是現(xiàn)有飛輪電池充放電控制系統(tǒng)電路圖。圖2是本發(fā)明飛輪電池充放電控制系統(tǒng)電路圖。圖3是本發(fā)明飛輪電池充放電控制系統(tǒng)中采樣濾波過(guò)流保護(hù)電路的一種實(shí)施方式。圖4是本發(fā)明飛輪電池充放電控制方法主流程圖。圖5是本發(fā)明飛輪電池充放電控制方法中Tl下溢中斷里的飛輪電池充電響應(yīng)流 程圖。圖6是本發(fā)明飛輪電池充放電控制方法中飛輪電池充電子程序流程圖。圖7是本發(fā)明飛輪電池充放電控制方法中Tl下溢中斷里的飛輪電池放電響應(yīng)流 程圖。圖8是本發(fā)明飛輪電池充放電控制方法中飛輪電池放電子程序流程圖。圖9是本發(fā)明飛輪電池充放電控制方法中飛輪放電整流器雙環(huán)基本控制框圖。圖10是本發(fā)明飛輪電池充放電控制方法中Tl下溢中斷里的飛輪電池狀態(tài)維持控 制流程圖。圖11是本發(fā)明飛輪電池充放電控制方法中飛輪電池轉(zhuǎn)速維持子程序流程圖。圖12是本發(fā)明飛輪電池充放電控制方法中飛輪電池能量查詢流程圖。圖13是本發(fā)明飛輪電池充放電控制方法中故障處理子程序流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖2所示，本發(fā)明的飛輪電池充放電控制系統(tǒng)包括三相不可控整流電路1、儲(chǔ)能 濾波電容3、IGBT功率變換電路4、過(guò)零檢測(cè)電路5、電壓、電流檢測(cè)電路6、直流電壓檢測(cè)及 過(guò)壓保護(hù)電路7、采樣濾波過(guò)流保護(hù)電路8、位移、溫度采樣電路10、DSP控制器200、儲(chǔ)能電 感12、三相聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)11和旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理電路13。三相不可控整流電路1直流側(cè)與IGBT功率變換電路4直流側(cè)連接，IGBT功率變 換電路4交流側(cè)連接飛輪電機(jī)100，儲(chǔ)能濾波電容3連接于三相不可控整流電路1與IGBT 功率變換電路4之間的直流母線之間。直流電壓檢測(cè)及過(guò)壓保護(hù)電路7連接在三相不可控整流電路1直流側(cè)與DSP控制 器200的A/D 口之間。DSP控制器200的PWM輸出口與IGBT功率變換電路連接，IGBT功率變換電路4的 故障輸出端連接DSP控制器200的PDP INT輸入端。過(guò)零檢測(cè)電路5連接在飛輪電機(jī)100的一相輸入端與DSP控制器200的CAP6 口 之間。在本實(shí)施例中，過(guò)零檢測(cè)電路5連接在飛輪電機(jī)100的A相輸入端，故稱A過(guò)零檢測(cè)電路。在其他實(shí)施例中，過(guò)零檢測(cè)電路5連接在飛輪電機(jī)100的B相輸入端或C相輸入端。電壓、電流檢測(cè)電路6連接飛輪電機(jī)100的三相輸入端。電壓、電流檢測(cè)電路6、采 樣濾波過(guò)流保護(hù)電路8、DSP控制器200的A/D 口依次連接。位移、溫度采樣電路10連接在飛輪電機(jī)100的位移傳感器、溫度傳感器輸出端與 DSP控制器200的I/O 口之間。DSP控制器200通過(guò)其智能通信模塊與人機(jī)界面300進(jìn)行通信。儲(chǔ)能電感12(La、Lb、Lc)串接在IGBT功率變換電路4交流側(cè)每相輸出端與飛輪電 機(jī)100的輸入端之間。三相聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)Il(SCR)分別與儲(chǔ)能電感12 (La、Lb、Lc)并接。旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理電路13連接在飛輪電機(jī)100的旋變信號(hào)輸出端與DSP控制 器200的QEP 口之間。如圖3所示，在本實(shí)施例中，采樣濾波過(guò)流保護(hù)電路8包括依次連接的反向放大電 路81、滯環(huán)比較電路82和保護(hù)輸出電路83。圖中，ISAMPLE為電流輸入信號(hào)，PROTECT端是 保護(hù)信號(hào)輸出端?；魻枡z測(cè)到的電流信號(hào)經(jīng)前級(jí)的電壓濾波跟隨電路輸入到ISAMPLE端電 壓輸入信號(hào)，前級(jí)放大電路的作用是將此電壓信號(hào)放大一定的倍數(shù)，輸入到滯環(huán)比較電路 的負(fù)極，當(dāng)該電壓值不在滯環(huán)比較電路的范圍之內(nèi)時(shí)，PROTECT就會(huì)輸出低電平，封鎖PWM 輸出，以限制繞組中電流繼續(xù)增大。在其他實(shí)施例中，采樣濾波過(guò)流保護(hù)電路8可以采用其他常用的采樣率波過(guò)流保 護(hù)電路結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的飛輪電池充放電控制方法基于上述飛輪電池充放電控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)飛 輪電池進(jìn)行充放電控制、查詢控制和故障處理。如圖4所示，本發(fā)明的飛輪電池充放電控制方法包括如下步驟SP1、DSP控制器屏蔽所有中斷信號(hào)；SP2、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化；SP3、對(duì)A/D采樣、事件管理器、I/O 口、通信模塊進(jìn)行初始化；SP4、使能DSP內(nèi)部定時(shí)器Tl下溢中斷，使能DSP外部中斷1、外部中斷2、外部中 斷3和故障中斷；開(kāi)DSP中斷；SP5、系統(tǒng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)主循環(huán)，等待中斷信號(hào)。當(dāng)產(chǎn)生DSP外部中斷1時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入充電處理。充電相應(yīng)流程如圖5所示，包括如 下步驟Al、置位充電信號(hào)，將轉(zhuǎn)速維持信號(hào)清零；A2、定時(shí)器Tl下溢中斷開(kāi)始，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；A3、根據(jù)充電置位信號(hào)調(diào)用充電子程序；A4、判斷飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速是否大于等于設(shè)定轉(zhuǎn)速(該設(shè)定轉(zhuǎn)速根據(jù)控制需要人為設(shè) 定)，當(dāng)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速小于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)步驟A3 ；當(dāng)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速大于等于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)， 轉(zhuǎn)下步；A5、將充電置位信號(hào)清零，置位電機(jī)轉(zhuǎn)速維持信號(hào)，清除DSP外部中斷1的標(biāo)志位 后，返回現(xiàn)場(chǎng)。充電子程序如圖6所示，包括如下步驟
Aa、對(duì)系統(tǒng)直流母線電壓、飛輪電機(jī)電流進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換；Ab、判斷飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)子相位是否初始化，當(dāng)轉(zhuǎn)子相位未初始化時(shí)，初始化轉(zhuǎn)子相位 后轉(zhuǎn)步驟Ad ；當(dāng)轉(zhuǎn)子相位已初始化時(shí)，計(jì)算轉(zhuǎn)子磁通轉(zhuǎn)角增量和轉(zhuǎn)子絕對(duì)位置；Ac、判斷是否到轉(zhuǎn)速采樣時(shí)，當(dāng)?shù)睫D(zhuǎn)速采樣時(shí)，計(jì)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)PID 調(diào)節(jié)后轉(zhuǎn)下步；當(dāng)未到轉(zhuǎn)速采樣時(shí)，轉(zhuǎn)下步；Ad、對(duì)采樣回來(lái)的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行規(guī)格化處理；Ae、進(jìn)行 Clarke 變換；Af、查 sin、cos 表，進(jìn)行 Park 變換；Ag、進(jìn)行q軸、d軸電流閉環(huán)PID調(diào)節(jié)；Ah、進(jìn)行Park逆變換；Ak、進(jìn)行SVPWM調(diào)節(jié)后，結(jié)束充電。當(dāng)產(chǎn)生DSP外部中斷2時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入放電處理。放電相應(yīng)流程如圖7所示，包括如 下步驟Bi、置位放電信號(hào)，轉(zhuǎn)速維持信號(hào)清零；B2、定時(shí)器Tl下溢中斷開(kāi)始，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；B3、根據(jù)放電置位信號(hào)調(diào)用放電子程序；B4、判斷飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速是否小于等于設(shè)定轉(zhuǎn)速，當(dāng)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速大于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)， 轉(zhuǎn)步驟B3 ；當(dāng)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速小于等于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)下步；B5、將放電置位信號(hào)清零，置位電機(jī)轉(zhuǎn)速維持信號(hào)，清除DSP外部中斷2的標(biāo)志位 后，返回現(xiàn)場(chǎng)。放電子程序如圖8所示，包括如下步驟Ba、軟件啟動(dòng)A/D采樣，讀取采樣數(shù)據(jù)；Bb、判斷輸出直流母線電壓是否需要調(diào)節(jié)，當(dāng)電壓勿需調(diào)節(jié)時(shí)，轉(zhuǎn)步驟Bd，當(dāng)電壓 需要調(diào)節(jié)時(shí)，轉(zhuǎn)下步；Be、對(duì)輸出直流母線電壓進(jìn)行電壓閉環(huán)PID調(diào)節(jié)；Bd、對(duì)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行位置檢測(cè)，計(jì)算轉(zhuǎn)子相位；Be、對(duì)等效的交直軸電流閉環(huán)PID調(diào)節(jié)；Bf、進(jìn)行 SVPWM 調(diào)節(jié)；Bg、刷新比較寄存器后，結(jié)束放電。如圖9所示，本發(fā)明飛輪電池充放電控制方法中的PWM整流為一個(gè)雙閉環(huán)系統(tǒng)，由 電壓外環(huán)PID調(diào)節(jié)模塊、電流內(nèi)環(huán)PID模塊和SVPWM模塊等組成，其中SVPWM模塊及坐標(biāo)變 化所用的角度由安裝在飛輪上的旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)時(shí)檢測(cè)到，電壓環(huán)是參考電壓與反饋回 來(lái)的直流母線電壓Vf之差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，電流環(huán)是經(jīng)電壓環(huán)調(diào)節(jié)后的電流參考值idref與反 饋回來(lái)的電流id進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，iqref與反饋回來(lái)的電流i,進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。圖中電壓外環(huán)穩(wěn) 定輸出電壓，而電流內(nèi)環(huán)迫使實(shí)際電流跟蹤給定電流(給定電流由電壓外環(huán)得到)。在現(xiàn)場(chǎng)主循環(huán)中，系統(tǒng)進(jìn)入狀態(tài)維持處理，狀態(tài)維持控制如圖10所示，包括如下 步驟Cl、定時(shí)器Tl下溢中斷開(kāi)始；C2、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；
C3、根據(jù)轉(zhuǎn)速維持信號(hào)調(diào)用轉(zhuǎn)速維持子程序；C4、返回現(xiàn)場(chǎng)。轉(zhuǎn)速維持子程序如圖11所示，包括如下步驟Ca、判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)速是否小于設(shè)定轉(zhuǎn)速的95%，當(dāng)前轉(zhuǎn)速大于等于設(shè)定轉(zhuǎn)速的95% 時(shí)轉(zhuǎn)入步驟SP5，當(dāng)前轉(zhuǎn)速小于設(shè)定轉(zhuǎn)速的95%時(shí)轉(zhuǎn)下步Cb、對(duì)系統(tǒng)直流母線電壓、飛輪電機(jī)電流進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換；Ce、對(duì)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)PID調(diào)節(jié)；Cd、對(duì)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子位置信息進(jìn)行檢測(cè)；Ce、對(duì)等效的交直軸電流進(jìn)行電流閉環(huán)PID調(diào)節(jié)；Cf、進(jìn)行SVPWM調(diào)節(jié)后，結(jié)束轉(zhuǎn)速維持子程序。當(dāng)產(chǎn)生DSP外部中斷3時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入能量查詢處理。飛輪電池能量查詢流程如圖 12所示，包括如下步驟Da、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)；Db、判斷DSP外部中斷1是否運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)，停止DSP外部中斷1后，轉(zhuǎn)步驟Dd ；不 運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)下步；Dc、判斷DSP外部中斷2是否運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)，停止DSP外部中斷2 ；不運(yùn)行時(shí)直接轉(zhuǎn) 下步；Dd、計(jì)算飛輪儲(chǔ)存的能量，輸出能量計(jì)算結(jié)果。當(dāng)產(chǎn)生故障中斷信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入故障處理。故障處理子程序流程如圖13所示， 包括如下步驟Ea、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；Eb、禁止發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；Ec、判斷故障；Ed、清除故障標(biāo)志；Ee、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)束故障中斷。在本實(shí)施例中，中斷信號(hào)包括定時(shí)器Tl下溢中斷、DSP外部中斷1、DSP外部中斷 2、DSP外部中斷3和故障中斷。在其他實(shí)施例中，中斷信號(hào)包括定時(shí)器Tl下溢中斷、DSP外部中斷1和DSP外部 中斷2，此時(shí)步驟SP4為使能DSP內(nèi)部定時(shí)器Tl下溢中斷，使能DSP外部中斷1和外部中斷 2。在其他實(shí)施例中，中斷信號(hào)包括定時(shí)器Tl下溢中斷、DSP外部中斷1、DSP外部中 斷2和DSP外部中斷3，此時(shí)步驟SP4為使能DSP內(nèi)部定時(shí)器Tl下溢中斷，使能DSP外部中 斷1、外部中斷2和DSP外部中斷3。
權(quán)利要求
1.一種飛輪電池充放電控制系統(tǒng)，包括三相不可控整流電路、儲(chǔ)能濾波電容、IGBT功 率變換電路、過(guò)零檢測(cè)電路、電壓、電流檢測(cè)電路、直流電壓檢測(cè)及過(guò)壓保護(hù)電路、采樣濾波 過(guò)流保護(hù)電路、位移、溫度采樣電路和DSP控制器。所述三相不可控整流電路直流側(cè)與所述IGBT功率變換電路直流側(cè)連接，所述IGBT功 率變換電路交流側(cè)連接飛輪電機(jī)，所述儲(chǔ)能濾波電容連接于所述三相不可控整流電路與所 述IGBT功率變換電路之間的直流母線之間；所述直流電壓檢測(cè)及過(guò)壓保護(hù)電路連接在所述三相不可控整流電路直流側(cè)與所述DSP 控制器的A/D 口之間；所述DSP控制器的PWM輸出口與所述IGBT功率變換電路連接，該IGBT功率變換電路 的故障輸出端連接DSP控制器的PDP INT輸入端；所述過(guò)零檢測(cè)電路連接在飛輪電機(jī)的一相輸入端與DSP控制器的CAP6 口之間； 所述電壓、電流檢測(cè)電路連接飛輪電機(jī)的三相輸入端，該電壓、電流檢測(cè)電路、所述采 樣濾波過(guò)流保護(hù)電路、所述DSP控制器的A/D 口依次連接；所述位移、溫度采樣電路連接在飛輪電機(jī)的位移傳感器、溫度傳感器輸出端與所述DSP 控制器的I/O 口之間；所述DSP控制器通過(guò)其智能通信模塊與人機(jī)界面進(jìn)行通信； 其特征在于，包括儲(chǔ)能電感、三相聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)和旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理電路； 所述儲(chǔ)能電感串接在所述IGBT功率變換電路交流側(cè)每相輸出端與飛輪電機(jī)的輸入端 之間；所述三相聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)分別與所述儲(chǔ)能電感并接；所述旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理電路連接在飛輪電機(jī)的旋變信號(hào)輸出端與DSP控制器的QEP 口之間。
2.如權(quán)利要求1所述的飛輪電池充放電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣濾波過(guò)流保 護(hù)電路包括依次連接的反向放大電路、滯環(huán)比較電路和保護(hù)輸出電路。
3.一種飛輪電池充放電控制方法，基于如權(quán)利要求1所述的飛輪電池充放電控制系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)飛輪電池充放電控制，其特征在于，包括如下步驟SPUDSP控制器屏蔽所有中斷信號(hào)； SP2、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化；SP3、對(duì)A/D采樣、事件管理器、I/O 口、通信模塊進(jìn)行初始化；SP4、使能DSP內(nèi)部定時(shí)器Tl下溢中斷，使能DSP外部中斷1、外部中斷；開(kāi)DSP中斷；SP5、系統(tǒng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)主循環(huán)，等待中斷信號(hào)；所述中斷信號(hào)包括定時(shí)器Tl下溢中斷、DSP外部中斷1、DSP外部中斷2 ；當(dāng)產(chǎn)生DSP外部中斷1時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入充電處理，步驟如下Al、置位充電信號(hào)，轉(zhuǎn)速維持信號(hào)清零；A2、定時(shí)器Tl下溢中斷開(kāi)始，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；A3、根據(jù)充電置位信號(hào)調(diào)用充電子程序；A4、判斷飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速是否大于等于設(shè)定轉(zhuǎn)速，當(dāng)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速小于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)步 驟A3 ；當(dāng)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速大于等于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)下步；A5、將充電置位信號(hào)清零，置位電機(jī)轉(zhuǎn)速維持信號(hào)，清除DSP外部中斷1的標(biāo)志位后，返回現(xiàn)場(chǎng)；所述充電子程序?yàn)锳a、對(duì)系統(tǒng)直流母線電壓、飛輪電機(jī)電流進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換； Ab、判斷飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)子相位是否初始化，當(dāng)轉(zhuǎn)子相位未初始化時(shí)，初始化轉(zhuǎn)子相位后轉(zhuǎn) 步驟Ad ；當(dāng)轉(zhuǎn)子相位已初始化時(shí)，計(jì)算轉(zhuǎn)子磁通轉(zhuǎn)角增量和轉(zhuǎn)子絕對(duì)位置；Ac、判斷是否到轉(zhuǎn)速采樣時(shí)，當(dāng)?shù)睫D(zhuǎn)速采樣時(shí)，計(jì)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)PID調(diào) 節(jié)后轉(zhuǎn)下步；當(dāng)未到轉(zhuǎn)速采樣時(shí)，轉(zhuǎn)下步；Ad、對(duì)采樣回來(lái)的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行規(guī)格化處理；Ae、進(jìn)行Clarke變換；Af、查sin、cos表，進(jìn)行Park變換；Ag、進(jìn)行q軸、d軸電流閉環(huán)PID調(diào)節(jié)；Ah、進(jìn)行Park逆變換；Ak、進(jìn)行SVPWM調(diào)節(jié)后，結(jié)束充電；當(dāng)產(chǎn)生DSP外部中斷2時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入放電處理，步驟如下Bi、置位放電信號(hào)，轉(zhuǎn)速維持信號(hào)清零；B2、定時(shí)器Tl下溢中斷開(kāi)始，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；B3、根據(jù)放電置位信號(hào)調(diào)用放電子程序；B4、判斷飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速是否小于等于設(shè)定轉(zhuǎn)速，當(dāng)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速大于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)步 驟B3 ；當(dāng)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速小于等于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)下步；B5、將放電置位信號(hào)清零，置位電機(jī)轉(zhuǎn)速維持信號(hào)，清除DSP外部中斷2的標(biāo)志位后，返 回現(xiàn)場(chǎng)；所述放電子程序?yàn)锽a、軟件啟動(dòng)A/D采樣，讀取采樣數(shù)據(jù)；Bb、判斷輸出直流母線電壓是否需要調(diào)節(jié)，當(dāng)電壓勿需調(diào)節(jié)時(shí)，轉(zhuǎn)步驟Bd，當(dāng)電壓需要 調(diào)節(jié)時(shí)，轉(zhuǎn)下步；Be、對(duì)輸出直流母線電壓進(jìn)行電壓閉環(huán)PID調(diào)節(jié)；Bd、對(duì)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行位置檢測(cè)，計(jì)算轉(zhuǎn)子相位；Be、對(duì)等效來(lái)的交直軸的電流進(jìn)行電流閉環(huán)PID調(diào)節(jié)；Bf、進(jìn)行SVPWM調(diào)節(jié)；Bg、刷新比較寄存器后，結(jié)束放電；在現(xiàn)場(chǎng)主循環(huán)中，系統(tǒng)進(jìn)入狀態(tài)維持處理，步驟如下Cl、定時(shí)器Tl下溢中斷開(kāi)始；C2、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；C3、根據(jù)轉(zhuǎn)速維持信號(hào)調(diào)用轉(zhuǎn)速維持子程序； C4、返回現(xiàn)場(chǎng)； 所述轉(zhuǎn)速維持子程序?yàn)镃a、判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)速是否小于設(shè)定轉(zhuǎn)速的95%，當(dāng)前轉(zhuǎn)速大于等于設(shè)定轉(zhuǎn)速的95%時(shí)轉(zhuǎn) 入步驟SP5，當(dāng)前轉(zhuǎn)速小于設(shè)定轉(zhuǎn)速的95%時(shí)轉(zhuǎn)下步； Cb、進(jìn)行飛輪電機(jī)電流、直流母線電壓AD采樣和轉(zhuǎn)換；Ce、對(duì)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)PID調(diào)節(jié)；Cd、對(duì)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子位置信息進(jìn)行檢測(cè)；Ce、對(duì)等效來(lái)的交直軸的電流進(jìn)行電流閉環(huán)PID調(diào)節(jié)；Cf、進(jìn)行SVPWM調(diào)節(jié)后，結(jié)束轉(zhuǎn)速維持子程序。
4.如權(quán)利要求3所述的飛輪電池充放電控制方法，其特征在于，所述中斷信號(hào)包括DSP 外部中斷3，所述步驟SP4包括使能DSP外部中斷3 ；當(dāng)產(chǎn)生DSP外部中斷3時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入能 量查詢處理，步驟如下Da、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)；Db、判斷DSP外部中斷1是否運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)，停止DSP外部中斷1后，轉(zhuǎn)步驟Dd ；不運(yùn)行 時(shí)轉(zhuǎn)下步；Dc、判斷DSP外部中斷2是否運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)，停止DSP外部中斷2 ；不運(yùn)行時(shí)直接轉(zhuǎn)下止少；Dd、計(jì)算飛輪儲(chǔ)存的能量，輸出能量計(jì)算結(jié)果。
5.如權(quán)利要求3所述的飛輪電池充放電控制方法，其特征在于，所述中斷信號(hào)包括故 障中斷信號(hào)，所述步驟SP4包括使能DSP故障中斷；當(dāng)產(chǎn)生故障中斷信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入故障 處理，步驟如下Ea、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；Eb、禁止發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；Ec、判斷故障；Ed、清除故障標(biāo)志；Ee、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)束故障中斷。
全文摘要
一種飛輪電池充放電控制系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)包括三相不可控整流電路、儲(chǔ)能濾波電容、IGBT功率變換電路、過(guò)零檢測(cè)電路、電壓、電流檢測(cè)電路、直流電壓檢測(cè)及過(guò)壓保護(hù)電路、采樣濾波過(guò)流保護(hù)電路、位移、溫度采樣電路、DSP控制器、儲(chǔ)能電感、三相聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)和旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理電路，儲(chǔ)能電感串接在IGBT功率變換電路交流側(cè)每相輸出端與飛輪電機(jī)輸入端之間，三相聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)分別與儲(chǔ)能電感并接，旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理電路連接在飛輪電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)輸出端與DSP控制器QEP口之間；方法基于上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)飛輪電池充放電控制。本發(fā)明輸出直流電壓穩(wěn)定，高頻紋波小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，大大提高系統(tǒng)功率因數(shù)和效率，特別適合快充快放工況。
文檔編號(hào)H02P21/14GK102075138SQ20111002380
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者黨彥波, 劉在獻(xiàn), 李方, 邊敬平 申請(qǐng)人:深圳飛能能源有限公司