CN103889802A - 混合动力车辆的发电机控制装置 - Google Patents
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Abstract
[课题]提供不管运转状态、检修状态中的发动机的输出特性的波动如何，都可以维持稳定的发电电力的混合动力车辆的发电机控制装置。[解决手段]发电机控制部(9)根据与从上位控制部(10)提供的发电机电力指令值与发电机的输出电力值的偏差相当的差分电力值，算出发电机速度指令值，根据算出的该发电机旋转速度指令值，对在发电机(3)和电池(4)之间进行电力变换的电力变换装置5的输出进行PWM控制，使发电机(3)的旋转速度跟随发电机旋转速度指令值，并使发电机(3)的输出电力值跟随发电机电力指令值。
Description
技术领域
本发明涉及将发动机的输出通过发电机变换为电力，由该变换后的电力和来自电池的电力驱动电动机，使车辆行驶的混合动力车辆的发电机控制装置。
背景技术
铁路车辆的特征在于，铁的车轮通过在轨道面上转动而行驶，因此行驶阻力比汽车小。特别地，在最近的电气铁路车辆中，通过在制动时将主电动机用作发电机而获得制动力的同时，进行再生制动控制，该再生制动控制将在制动时由主电动机发生的电能返回架线而作为其他车辆的动力运行能量进行再利用。具备该再生制动的电气铁路车辆与不具备再生制动的电气铁路车辆相比，能够以约一半的能量消耗行驶。因此，具备再生制动的电气铁路车辆可以说是发挥了行驶阻力小的铁路车辆的特征的节能的电气铁路车辆。
另一方面，存在如下的现状：输送密度小的地方路线等通过不需要架线、变电所等基础设施的内燃机车(diesel car)而以低成本实现细致的乘客服务。但是，内燃机车没有通过架线等将能量再生到其他车辆的部件，因此，无法进行电气铁路车辆那样的再生能量的再利用。因而，为了在内燃机车中实现节能行驶，考虑必须依靠低燃耗发动机的开发。
作为对这样的内燃机车也推进节能的一个方法，提出了组合发动机、发电机和蓄电装置的混合动力内燃机车(例如，参照专利文献1)。混合动力内燃机车通过设置作为蓄电装置的电池，可以用电池暂时吸收制动时由主电动机发生的再生能量，通过将该吸收了的再生能量作为动力运行时所需的能量的一部分进行再利用，可以实现节能。
另一方面，在用再生制动持续向下长距离的状况等中，电池成为过充电，因此，需要以某些方法抑制电池的充电电力。作为其一个方法可以列举出通过使发电机作为电动机动作，将发动机用作旋转摩擦负载，故意消耗能量，即所谓的发动机制动的利用。与之相对，作为车辆的制动力，不采用再生制动而采用机械制动，从而也可以抑制再生能量本身，并防止过充电，但是，如果考虑到摩耗的制动蹄片的保养的工夫，则期望尽量限制机械制动的使用，因此，上述发动机制动的有效利用具有优点。
专利文献1所示的混合动力内燃机车包括：发动机；由发动机驱动而输出交流电力的交流发电机；将交流电力变换为直流电力的变换器装置；将直流电力变换为交流电力的逆变器装置；驱动铁路车辆的电动机；使该电动机的输出减速并向车轮轴传递的减速机；具有对直流电力进行充电及放电的功能的蓄电装置；服务电源用逆变器；服务电源用变压器；以及控制装置，但是，对于前述的发动机制动时的控制方式未进行详细说明。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-195334号公报
非专利文献1：“電動機制御工学―可変速ドライブの基礎”松濑贡规著，98页
非专利文献2：“ＡＣサーボシステムの理論と設計の実際基礎からソフトウェアサーボまで”杉本英彦、小山正人、玉井伸三著，99～103页
发明内容
一般，发动机的输出即使对于同一运转指令，也存在由运转状态(油温、润滑状态等)、检修状况等导致的输出特性的波动，经过长期的运用，难以获得固定的稳定发动机输出。该情况在前述的以往的混合动力车辆中也不例外。因此，在以往的混合动力车辆的发电机控制装置中，由于运转状态(油温、润滑状态等)、检修状况等导致的发动机的输出特性的波动，存在难以维持稳定的发电电力的问题。
本发明是为了解决以往的混合动力车辆的发电机控制装置的前述问题而提出的，目的在于提供不管运转状态、检修状态中的发动机的输出特性的波动如何，都可以维持稳定的发电电力的混合动力车辆的发电机控制装置。
基于本发明的混合动力车辆的发电机控制装置，具备：
发电机，转子被连结到发动机的输出轴；
电力变换装置，进行上述发电机和负载装置之间的电力变换；
发电机控制部，对上述电力变换装置进行PWM控制，控制上述发电机的输出；
负载监视部，监视上述负载装置的状态；以及
上位控制部，根据由上述负载监视部检测到的上述负载装置的状态，向上述发电机控制部提供发电机电力指令值，
上述发电机控制部根据与从上述上位控制部提供的上述发电机电力指令值和上述发电机的输出电力值的偏差相当的差分电力值，算出发电机旋转速度指令值，根据所算出的上述发电机旋转速度指令值，对上述电力变换装置的输出进行PWM控制，从而使上述发电机的旋转速度跟随上述发电机旋转速度指令值，并且使上述发电机的输出电力值跟随上述发电机电力指令值。
根据基于本发明的混合动力车辆的发电机控制装置，发电机控制部根据与从上位控制部提供的发电机电力指令值和发电机的输出电力值的偏差相当的差分电力值，算出发电机旋转速度指令值，根据所算出的上述发电机旋转速度指令值，对上述电力变换装置的输出进行PWM控制，从而使发电机的旋转速度跟随发电机旋转速度指令值，并且使发电机的输出电力值跟随发电机电力指令值，因此，不管发动机的运转状态、检修状态导致发动机特性的波动如何，都可以稳定地获得期望的发电电力。
附图说明
图1是表示基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置的结构的系统方框图。
图2是表示基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置中的发电机控制部的方框图。
图3是表示基于本发明的实施方式2的混合动力车辆的发电机控制装置中的发电机控制部的方框图。
图4是说明基于本发明的实施方式2的混合动力车辆的发电机控制装置的动作的说明图。
图5是说明基于本发明的实施方式2的混合动力车辆的发电机控制装置的动作的说明图。
图6是表示基于本发明的实施方式3的混合动力车辆的发电机控制装置中的发电机控制部的方框图。
(符号的说明)
1负载装置，2发动机，3发电机，4电池，5变换器，6发动机控制部，7负载监视部，8负载装置控制部，9发电机控制部，10上位控制部，11电力运算部，12电力PI控制部，13电压控制部，14速度限制器，15速度PI控制部，16转矩映射器
具体实施方式
实施方式1.
以下，根据图说明基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置。图1是表示基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置的结构的系统方框图，表示应用于铁路的混合动力车辆的情况。在图1中，混合动力车辆的发电机控制装置100具备：负载装置1；发动机2；发电机3；电池4；作为电力变换装置的变换器5；控制发动机2的发动机控制部6；控制电池4的负载监视部7；控制负载装置1的负载装置控制部8；控制发电机3的发电机控制部9；控制这些等各控制部6至9的上位控制部10。
负载装置1包括驱动轮、车轴、作为负载装置1中的电力变换装置的逆变器、驱动车辆的电动机、使电动机的输出减速并传递到车轴的减速机(都未图示)。前述的逆变器包括多个开关元件和整流元件，将从前述的电池4和变换器5中的至少一方供给的直流电力变换为交流电力，供给至电动机。另外，逆变器在使负载装置1中的电动机进行再生动作时，可以进行将由电动机再生的交流电力变换为直流电力的逆变换动作。负载装置1中的电动机是例如三相交流电动机，发生驱动力，经由减速机将驱动力传递到驱动轮。另外，该电动机也可以作为发电机动作，在车辆的减速时由驱动轮驱动，发生再生电力，从而再生车辆的减速能量。
发动机2例如是柴油发动机，将发电用的驱动力传递到发电机3。发动机2在负载装置1中的前述电动机的再生动作时，可以进行发动机制动、排气制动的动作，所谓排气制动的动作是指关闭设置在排气管的途中的阀，从而提高排气压力，增大发动机2的泵送损失而抑制旋转速度。另外，发动机2通过对排气阀进行导通/截止控制，也可以进行发动机制动和排气制动的切换。
发电机3例如是三相交流发电机，作为通过发动机2的驱动力使转子旋转而发电并将该发电得到的电力供给到负载装置1和电池4中的至少一方的电力供给源而发挥作用。另外，发电机3也可以作为电动机而动作，在发动机2的启动时用曲柄转动发动机2、或使用发电机3的驱动力使发动机2旋转，从而可以消耗电力。
电池4例如是锂离子二次电池，与变换器5和负载装置1的逆变器之间的直流链接部50连接，通过发电机3的输出电力和负载装置1的电动机的再生电力充电，或者向发电机3和负载装置1的电动机供给驱动电力。
作为电力变换装置的变换器5包括多个开关元件及整流元件，与发电机3、电池4和负载装置1连接，将发电机3发电的交流电力变换为直流电力。另外，变换器5在使发电机3作为电动机动作时，进行将从电池4或负载装置1供给的直流电力变换为交流电力的逆变换动作。
发动机控制部6根据从上位控制部10指令的发动机转矩指令值Te_ref和由设置在发动机2的传感器(未图示)检测的发动机的旋转速度等信号，控制发动机2的风门开度St、点火时期、燃料喷射量等，进行控制以使发动机2发生与发动机转矩指令值Te_ref对应的转矩。
负载监视部7根据由设置在负载装置1和变换器5之间的中间直流链接部50的电流传感器及电压传感器(都未图示)检测到的作为电池4的充电电流或放电电流的电池电流值Ibat和电池电压值Vbat，推定电池4的充电状态SOC，向上位控制器10输出。
负载装置控制部8为了使负载装置1的电动机的转矩跟随从上位控制器10指令的电动机转矩指令值Ti_ref，生成用于控制负载装置1的逆变器的所谓PWM开关信号即门信号GP_i，将该生成的门信号GP_i向负载装置1输出，控制负载装置1的逆变器。
发电机控制部9根据从上位控制部10指令的发电机电力指令值Pc_ref1或发电机消耗电力指令值Pc_ref2、由速度传感器(未图示)检测到的发电机3的旋转速度ωc、由电压传感器(未图示)检测到的中间直流链接部50的直流电压值Vdc、向变换器5输入或从变换器5输出的直流电流值Idc_c、从上位控制部10输出的运转指令值Se等的状态，进行构成变换器5的开关元件的开关控制，控制发电机3的电力。另外，发电机电力指令值Pc_ref1和发电机消耗电力指令值Pc_ref2都构成发电机电力指令值。
上位控制部10具有管理前述的各结构要素的动作整体的功能，根据负载装置1收发的电力和负载监视部7监视的电池4的充电状态SOC、负载装置1的运转状态信息，经由发电机控制部9控制发电机3，并且经由发动机控制部6控制发动机2。即，在负载装置1消耗电力从而电池4的充电状态SOC稍微不足等的情况下，上位控制部10判断为需要对电池4进行充电动作，向发电机控制部9输出发电机电力指令值Pc_ref1，并且向发动机控制器6输出与发电机电力指令值Pc_ref1相应的发动机转矩指令值Te_ref，从而进行电池4的充电。
另一方面，在由于负载装置1持续进行电力再生动作等而电池4稍微过充电的情况下，上位控制部10判断为需要电池4的放电，向发电机控制部9输出发电机消耗电力指令值Pc_ref2，并且向发动机2输出用于根据发电机消耗电力指令值Pc_ref2的大小关闭排气阀的排气阀操作指令值Bs，促进基于各设备的电力消耗，进行电池4的放电。
接着，说明基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置中的发电机控制部9。图2是表示基于本发明的实施方式1的混合动力车辆的发电机控制装置中的发电机控制部的方框图。在图2中，发电机控制部9包括电力运算部11、电力PI控制部12和电压控制部13。
在发电机控制部9中，电力运算部11将由设置在中间直流链接部50的电压传感器检测到的直流电压值Vdc与由设置在中间直流链接部50的电流传感器检测到的变换器的输入输出电流值Idc_c相乘，运算并输出发电机电力值Pc。电力PI控制部12被输入来自电力运算部11的发电机电力值Pc与从前述的上位控制器10接受的发电机电力指令值Pc_ref1或发电机消耗电力指令值Pc_ref2的差分电力值ΔP，算出并输出用于使该差分电力值ΔP为“0”的发电机旋转速度指令值ωc_ref。
电压控制部13根据由电力PI控制器12运算得到的发电机旋转速度指令值ωc_ref，运算三相电压指令值，根据该运算得到的三相电压指令值，生成用于对变换器5进行PWM的门信号GP_c，向变换器5输出。
以上构成的发电机控制部9向电力PI控制器12输入来自电力运算部11的发电机电力值Pc与从上位控制器10接受的发电机电力指令值Pc_ref1或发电机消耗电力指令值Pc_ref2的差分电力值ΔP，在电力PI控制器12中，通过基于预先考虑到期望的响应而设定的各种增益的比例积分运算，算出用于使所输入的差分电力值ΔP成为“0”的发电机旋转速度指令值ωc_ref，输入到电压控制部13。
在电压控制部13中，根据所输入的发电机旋转速度指令值ωc_ref，算出三相电压指令值，并且生成与该三相电压指令值对应的门信号GP_c，提供给控制变换器5的PWM控制装置(未图示)。变换器5根据来自电压控制部13的门信号GP_c，进行使发电机3的电压值V与频率值F之比成为固定的所谓V/F固定控制。
这里，众所周知，前述的V/F固定控制是使发电机(电动机)的一次电压值V和一次频率值F成比例地控制的控制方式(例如，参照非专利文献1)，前述的发电机旋转速度指令值ωc_ref与一次频率值F相当，三相电压指令值与一次电压值V相当。
如上所述，基于本发明的实施方式1的混合动力车的发电机控制装置的特征在于，算出用于使上位控制部10输出的发电机电力指令值Pc_ref1或发电机消耗电力指令值Pc_ref2与发电机3的电力值的差分电力值ΔP成为“0”的发电机速度指令值ωc_ref，根据该发电机旋转速度指令值ωc_ref，调节变换器5的输出电压V，从而使发电机3的旋转速度跟随发电机旋转速度指令值ωc_ref，使发电机3的电力跟随发电机电力指令值Pc_ref1或发电机消耗电力指令值Pc_ref2。
根据基于本发明的实施方式1的混合动力车的发电机控制装置，即使存在基于油温、润滑状态或者检修状态等的发动机的运转状态的波动导致的发动机特性的波动，也可以获得使发电机的发电电力跟随发电机电力指令值Pc_ref1或发电机消耗电力指令值Pc_ref2而稳定化的效果。另外，通过根据发电机旋转速度指令值ωc_ref控制发电机的旋转速度，可以获得抑制由基于油温、润滑状态等的发动机的运转状态的波动导致的机械响应性的变动的效果。
另外，在前述中，作为发电机电力值Pc的算出方法，说明了通过电力运算部11将由设置在中间直流链接部50的电压传感器检测到的直流电压值Vdc与由设置在中间直流链接部50的电流传感器检测到的变换器输入输出电流值Idc_c相乘的情况，但是，即使是能够以相当的精度获得发电机电力值的其他手法，例如根据发电机的输入交流电压值、输入交流电流值、功率因数算出发电机电力值Pc，也可以获得同等的效果。
实施方式2.
接着，说明基于本发明的实施方式2的混合动力车的发电机控制装置。基于本发明的实施方式2的混合动力车的发电机控制装置向前述的实施方式1中的发电机控制装置附加了闭环速度控制功能。
图3是表示基于本发明的实施方式2的混合动力车辆的发电机控制装置中的发电机控制部的方框图。在图3中，发电机控制部9包括电力运算部11、电力PI控制部12、电压控制部13、速度限制器14、速度PI控制部15。其他结构与实施方式1的情况同样。
在以上构成的发电机控制部9中，电力运算部11将由设置在中间直流链接部50的电压传感器检测到的直流电压Vdc和由设置在中间直流链接部50的电流传感器检测到的变换器5的输入输出电流Idc_c相乘，算出发电机电力值Pc。
电力PI控制部12被输入来自电力运算部11的发电机电力值Pc与从前述的上位控制部10接受的发电机电力指令值Pc_ref1或发电机消耗电力指令值Pc_ref2的差分电力值ΔP，算出并输出用于使该差分电力值ΔP成为“0”的发电机旋转速度指令值ωc_ref1。
速度限制器14进行针对从电力PI控制部12输出的发电机旋转速度指令值ωc_ref1的上限限制处理和下限限制处理中的至少一方的处理，设为发电机旋转速度指令值ωc_ref2。
速度PI控制部15根据从速度限制器14输出的发电机旋转速度指令值ωc_ref2和从发电机3的转子轴取得的发电机旋转速度ωc的差分旋转速度值Δω，算出发电机转矩指令值Tc_ref1，向电压控制部13输入。
在该实施方式2的情况下，速度PI控制部15通过采用预先根据期望的速度控制响应而设定的增益对前述的差分旋转速度值Δω实施比例积分运算，算出并输出发电机转矩指令值Tc_ref1。
电压控制部13为了使发电机3的输出转矩跟随从速度PI控制部15输入的发电机转矩指令值Tc_ref1，根据所谓的矢量控制，运算向变换器5输出的电压指令值，根据该运算得到的电压指令值，生成用于对变换器5进行PWM的门信号GP_c，向变换器5输出。
变换器5根据来自电压控制部13的门信号GP_c，通过PWM控制装置(未图示)进行PWM控制，通过矢量控制来控制发电机3的输出转矩。另外，基于矢量控制的转矩控制方式是众所周知的技术(例如，参照非专利文献2)。
如上所述，通过在电力控制系统的内部设置闭环的速度控制系统，可以设定成期望的机械响应。例如，即使在发电机电力指令值Pc_ref1或发电机消耗电力指令值Pc_ref2显著变化的情况下，通过速度控制系统的期望的响应设定，也可以获得能够抑制包括发电机3及发动机2的机械系统的转速变动的效果。
另外，通过由速度限制器14进一步指定机械系统的转速范围，可以使电力的控制及发动机的控制稳定化。以下说明其详细例。图4是说明基于本发明的实施方式2的混合动力车辆的发电机控制装置的动作的说明图，表示了速度限制器14的下限值及上限值的设置方法的一个例子。
在图4中，横轴表示发电机旋转速度ωc，纵轴表示发电机转矩Te。单点划线表示的发电机旋转速度ωc的下限值X0设定成使发电机3的转速ωc与发动机2的空转转速相当。虚线表示的发电机转速ωc的上限值Y0设定成发动机的最大转速的例如0.9倍，使得作为设计上的限度值的发动机2的容许最大转速具有余量。
由速度限制器14将发电机旋转速度的下限值X0设定成与发动机2的空转速度相当，从而由发电机控制部9控制成实际的旋转速度不低于空转速度，因此，可以获得防止发动机2无法独立旋转的发动机停止现象、逆转，可持续稳定的动作的效果。
另外，由速度限制器14将发电机旋转速度的上限值Y0设定成发动机2的设计上的安全速度以下，从而即使在发电机电力指令值Pc_ref1或者发电机消耗电力指令值Pc_ref2显著变动的过渡状态下，也可以控制成实际的旋转速度低于所设定的上限值，因此，可以获得防止达到诱发故障那样的高旋转状态的效果。另外，前述的下限值X0、上限值Y0是一个例子，当然可以根据需要而变更。
图5是说明基于本发明的实施方式2的混合动力车辆的发电机控制装置的动作的说明图，表示了与图4的情况不同的速度限制器14的上限值的设定方法。在图5中，横轴表示发电机旋转速度ωc，纵轴表示发电机转矩Te。图5表示根据发电机电力指令值Pc_ref1或发电机消耗电力指令值Pc_ref2及发动机转矩指令值Te_ref的大小，由速度限制器14确定发电机的速度的上限值的情况。发电机的速度的下限值X0与图4的情况同样。
即，发电机电力指令值Pc_ref1及根据它确定的发动机转矩指令值Te_ref与多个档(notch)对应地、例如如1档特性、2档特性、3档特性那样被提供，根据负载装置1的消耗电力状态，这些等档特性通过上位控制部10的判断进行切换并输出。因而，速度限制器14如图5所示，与由基于这些多个档特性的运转特性所假定的各个最大速度对应地，具备1档用速度上限设定值Y1、2档用速度上限设定值Y2、3档用速度上限设定值Y3。速度限制器14根据上位控制部10指定的档指令，切换这些等速度上限设定值。
另外，在发动机制动及排气制动时，速度限制器14具备针对作为设计上的限度值的发动机2的发动机制动及排气制动的容许最大转速具有余量的稍低地设定的发动机制动·排气制动用上限设定值Y0。该发动机制动·排气制动用上限设定值Y0设定成作为设计上的限度值的发动机2的发动机制动及排气制动的容许最大转速的例如0.9倍。
另外，档用速度上限值不限于1至3档用速度上限值，可设定成1至N档用速度上限值。
在基于本发明的实施方式2的混合动力车辆的发电机控制装置中，发动机2被控制为在各档提供的发电的电力控制状态中低于由各档特性假定的速度上限，因此，不管发电机电力指令值Pc_ref1或发电机消耗电力指令值Pc_ref2的大小如何，都可以获得使旋转状态、发电状态稳定化的效果。
实施方式3.
接着，说明基于本发明的实施方式3的混合动力车辆的发电机控制装置。图6是表示基于本发明的实施方式3的混合动力车辆的发电机控制装置中的发电机控制部的方框图。在该实施方式3中，向实施方式2的发电机控制部9的结构附加了转矩映射器16。
在图6中，在转矩映射器16中，与从上位控制部10输出的针对发动机2的1档指令、2档指令…N档指令对应地，1档用转矩指令特性Te_chara_1、2档用转矩指令特性Te_chara_2、…N档用转矩指令特性Te_chara_N及发动机制动时的摩擦转矩指令特性Teb_chara1、排气制动时的发动机摩擦转矩指令特性Teb_chara2分别设定为针对发电机速度的函数。
然后，根据上位控制部10输出的发电机电力指令值Pc_ref1的大小、档种类，从转矩映射器16选择对应的各档用转矩指令特性Te_chara_1、Te_chara_2、…Te_chara_N，根据该选择的转矩特性，从转矩映射器16输出转矩补正值Tc_ref2。
另外，在上位控制部10的输出指令为发电机消耗电力指令值Pc_ref2的情况下，从转矩映射器16选择摩擦转矩特性Teb_chara1，根据该摩擦转矩特性，输出转矩补正值Tc_ref2。
而且，在上位控制部10为更大的发电机消耗电力指令值Pc_ref2、且排气阀操作指令Bs被输出的情况下，从转矩映射器16选择摩擦转矩特性Teb_chara2，根据该选择的摩擦转矩特性，输出转矩补正值Tc_ref2。发动机制动和排气制动的切换根据上述发电机消耗电力指令值进行。
由此，具有可以不延迟地进行阀操作并且简化控制时序的效果。
在电压控制部13中，被输入将作为速度PI控制部15的输出的发电机转矩指令值Tc_ref1和来自转矩映射器16的前述的转矩补正值Tc_ref2相加所得的值，根据该所输入的值，根据矢量控制运算向变换器5输出的电压指令值，根据该运算出的电压指令值，生成用于对变换器5进行PWM的门信号GP_c，向变换器5输出。
变换器5根据来自电压控制部13的门信号GP_c，通过PWM控制装置(未图示)进行PWM控制，通过矢量控制，控制发电机3的输出转矩。
如上所述，根据基于本发明的实施方式3的混合动力车辆的发电机控制装置，对于在上位控制部10的指令变化时发生的电力PI控制部12的响应延迟，来自转矩映射器16的转矩补正值Tc_ref2起到前馈功能，可以获得能够快速且更稳定地实施发电状态的迁移的效果。另外，具有以下效果：即使在发动机制动时及排气制动时都可将消耗电力特性保持固定并且不管发动机的运转状态中的油温、润滑状态等波动如何都能够控制为期望的值。
另外，转矩映射器16中预先设定的各档用转矩指令特性Te_chara_1～Te_chara_N及摩擦转矩特性Teb_chara1、Teb_chara2是通过事先的设计、试验而得到并设定的，不包含与前述的实际的发动机转矩输出所具有的运转状态相应的波动的信息，这意味着不具有实际运转时的转矩精度。但是，如上所述，来自转矩映射器16的转矩补正值Tc_ref2用于响应性改善用的前馈控制功能，并不需要稳态特性的转矩精度。电力PI控制部12、速度PI控制部15具有确保发电电力控制的稳态精度的功能。
另外，本发明可以在本发明的范围内自由组合各实施方式，或将各实施方式适宜变形、省略。
本发明可以用作混合动力车辆尤其是铁路的混合动力车辆的发电机控制装置。
Claims (9)
1.一种混合动力车辆的发电机控制装置，具备：
发电机，转子被连结到发动机的输出轴；
电力变换装置，进行所述发电机和负载装置之间的电力变换；
发电机控制部，对所述电力变换装置进行PWM控制，控制所述发电机的输出；
负载监视部，监视所述负载装置的状态；以及
上位控制部，根据由所述负载监视部检测到的所述负载装置的状态，向所述发电机控制部提供发电机电力指令值，
所述发电机控制装置的特征在于，
所述发电机控制部根据与从所述上位控制部提供的所述发电机电力指令值和所述发电机的输出电力值的偏差相当的差分电力值，算出发电机旋转速度指令值，根据所算出的所述发电机旋转速度指令值，对所述电力变换装置的输出进行PWM控制，从而使所述发电机的旋转速度跟随所述发电机旋转速度指令值，并且使所述发电机的输出电力值跟随所述发电机电力指令值。
2.根据权利要求1所述的发电机控制装置，其特征在于，
所述发电机控制部具备：
电力运算部，运算所述发电机的输出电力值；
电力PI控制部，根据所述差分电力值，算出所述发电机速度指令值；以及
电压控制部，根据所算出的所述发电机速度指令值，对所述电力变换装置进行PWM控制。
3.根据权利要求1所述的发电机控制装置，其特征在于，
所述发电机控制部具备：
电力运算部，运算所述发电机的输出电力值；
电力PI控制部，根据所述差分电力值，算出所述发电机速度指令值；
速度限制器，设定针对所述算出的所述发电机速度指令值的下限值和上限值中的至少一方；以及
电压控制部，根据经由所述速度限制器输入的所述发电机速度指令值，对所述电力变换装置进行PWM控制。
4.根据权利要求1所述的发电机控制装置，其特征在于，
所述发电机控制部具备：
电力运算部，运算所述发电机的输出电力值；
电力PI控制部，根据所述差分电力值，算出所述发电机速度指令值；
速度限制器，设定针对所述算出的所述发电机速度指令值的下限值和上限值中的至少一方；
转矩映射器部，具备与所述发动机的多个运转状态分别对应的多个转矩指令特性，根据所述发动机的运转状态，选择所述多个转矩指令特性中的一个，根据该选择的转矩指令特性，输出转矩补正值；以及
电压控制部，根据经由所述速度限制器输入的所述发电机速度指令值和从所述转矩映射器部输出的所述转矩补正值，对所述电力变换装置进行PWM控制。
5.根据权利要求3或4所述的发电机控制装置，其特征在于，
所述速度限制器将针对所述发电机速度指令值的下限值设定成与所述发动机的空转转速相当的值。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的发电机控制装置，其特征在于，
所述速度限制器构成为与所述发动机的运转状态对应地具备多个所述上限值，与所述发动机的运转状态对应地切换所述上限值。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的发电机控制装置，其特征在于，
从所述上位控制部提供给所述发电机控制部的所述发电机电力指令值包含所述发电机应输出的发电机电力指令值和所述发电机消耗的发电机消耗电力指令值中的至少一方。
8.根据权利要求7所述的发电机控制装置，其特征在于，
从所述上位控制部提供给所述发电机控制部的发电机电力指令值为所述发电机消耗电力指令值时，所述发动机控制部进行所述发动机的发动机制动输出的控制或排气制动输出的控制。
9.根据权利要求8所述的发电机控制装置，其特征在于，
所述发动机控制装置根据所述发电机消耗电力指令值，选择并实施所述发动机制动和所述排气制动中的一方。
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