CN105580265A - 电力供应系统 - Google Patents

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Abstract

一种电力供应系统，包括控制MG1逆变器的第一控制器、控制MG2逆变器的第二控制器、以及检测从输出端子对产生的电压的电压传感器。第一控制器根据从输出端子产生的电压的目标值来控制MG1逆变器，而与在从输出端子产生的电压的目标值与所检测的电压之间的偏差的大小无关。第二控制器根据偏差来控制MG2。通过有效值计算单元、有效值PI控制单元和中性点输出电压指令单元来实施该处理。

Description

电力供应系统
技术领域
本发明涉及电力供应系统，并且更特别地涉及包括两个或多个逆变器的电力供应系统。
背景技术
从装备有蓄电装置的车辆供应电力到外部负载等的电力供应系统已经投入实际使用。已经开发例如灾难发生时用于紧急情况的电力供应以及缓解商用电源的电力消耗高峰的目的的电力供应系统。
在日本专利申请公开号2006-121844(JP2006-121844A)中所公开的AC电源装置包括DC电源，第一电动发电机和第二电动发电机，从DC电源供应电力并相应连接到第一电动发电机和第二电动发电机的第一逆变器和第二逆变器，以及控制第一逆变器和第二逆变器的控制器。
在AC电源装置中，控制器驱动第一电动发电机和第二电动发电机，并且进一步控制第一逆变器和第二逆变器的操作，以使得当从车辆向外部负载等供应电力时，在第一电动发电机和第二电动发电机的中性点之间产生AC电压。
发明内容
在上述的JP2006-121844A的系统中，使用相应地驱动第一电动发电机和第二电动发电机的第一逆变器和第二逆变器来控制所供应的电力电压。然而，例如当由负载消耗的电力的量骤变时，两个逆变器的控制操作可能相互干涉，并且所供应的电力电压可能不稳定。
本发明提出产生具有改进的稳定性的输出电压的电力供应系统。
根据本发明的一个方面的电力供应系统包括第一逆变器、由第一逆变器驱动的第一电动发电机、第二逆变器、由第二逆变器驱动的第二电动发电机。电力供应系统包括含有第一端子和第二端子的输出端子对，该第一端子连接到第一电动发电机的定子线圈中性点，该第二端子连接到第二电动发电机的定子线圈中性点。电力供应系统包括电压检测器，其检测从输出端子对产生的电压；第一控制器，其被配置成根据从输出端子产生的电压的目标值来控制第一逆变器，而与在从输出端子产生的电压的目标值和由电压检测器检测的电压之间的偏差的大小无关；以及第二控制器，其被配置成根据偏差来控制第二逆变器。
根据本发明的上述方面，即使例如当在负载处的电力消耗骤变时，稳定地控制输出电压。
在根据本发明上述方面的电力供应系统中，电力供应系统可安装在车辆上，并且车辆可具有驱动轮以及内燃机。第一电动发电机可以是可操作地接收内燃机的机械动力并且发电，以及第二电动发电机可以是可操作地驱动驱动轮。第一控制器可在当第一电动发电机发电同时从输出端子对向负载供应电力时，执行第一逆变器的死区时间补偿控制。
在上述的电力供应系统中，第一控制器和第二控制器中的每一者可包括具有基本上相同性能的计算机。
附图说明
将参考附图在下文中描述本发明示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的数字表示相同的元件，以及参考附图中：
图1是示出根据本发明的一个实施例的电力供应系统配置的框图；
图2是有利于说明在对比示例中的电压波动的示意图，在该对比示例中，在两个电动发电机的逆变器中执行电压反馈控制；
图3是有利于说明在本实施例的电力供应系统中的电压波动的示意图；
图4是有利于说明1MG_CPU和2MG_CPU的处理负载的状态的图；
图5是有利于说明在对比示例中的电压波动的波形图，在该对比示例中，在两个电动发电机的逆变器中执行电压反馈控制；以及
图6是有利于说明在本实施例的电力供应系统中的电压波动的波形图；
具体实施方式
将参考附图详细描述本发明的一个实施例。在附图中，将相同的参考数字分配给相同或对应的部分或元件，将不再重复描述该相同或对应的部分或元件。图1是示出根据本发明的一个实施例的电力供应系统的配置的框图。在下文中，将描述安装有电力供应系统的车辆是混合动力车辆的情况。然而，本发明的车辆不限于混合动力车辆。
参考图1，车辆100是使用发动机2和电动发电机MG2作为动力源而行驶的混合动力车辆。向驱动轮6传递由发动机2和电动发电机MG2产生的驱动力。
发动机2是诸如汽油发动机或柴油发动机的通过燃烧燃料来产生动力的内燃机。将发动机2配置成使得可根据来自动力管理电子控制单元(PM-ECU)50的信号来电气控制其诸如节气门开度(吸气量)、燃料供应量、以及点火定时的运行状态。
使用电动发电机MG1作为由发动机2驱动的发电机。同样使用电动发电机MG1作为能够通过转动曲柄起动(cranking)来起动发动机2的旋转电机。同样，当通过发动机2来转动电动发电机MG1时，可将由电动发电机MG1产生的电力用于驱动电动发电机MG2。
主要使用电动发电机MG2作为驱动车辆100的驱动轮6的旋转电机。电动发电机MG1、MG2是例如三相AC同步电动机的AC旋转电机。
电动发电机MG1、MG2同样是使用在电动发电机MG1、MG2的中性点N1、N2之间的电压差，而可操作地通过中性点发电来产生电力。车辆100可以供应通过经由中性点N1、N2从输出单元60的输出端子对60a、60b到外部负载(未示出)的这种方式所获得的电力。
在本说明书中，在从蓄电装置B放电的情况下以及通过旋转发电机来发电的情况下，将从车辆100向外部供应电力称为“发电”。然后将从输出单元60产生的电压Vout称为“发电电压”。
动力分配装置4包括具有三个旋转轴(未示出)的行星齿轮机构，即例如太阳齿轮、载轮和环形齿轮。太阳齿轮耦接到电动发电机MG1的旋转轴。载轮耦接到发动机2的曲轴。环形齿轮耦接到驱动轴。动力分配装置4分配发动机2的驱动力，并向电动发电机MG1的旋转轴和驱动轴传送作为动力的驱动力。驱动轴耦接到驱动轮6。驱动轴同样耦接到电动发电机MG2的旋转轴。
蓄电装置B安装在车辆100上。蓄电装置B主要由锂离子二次电池构成。蓄电装置B和升压转换器20经由系统主继电器SMR相互电连接或断开。蓄电装置B可以是镍氢电池或电容器。
升压转换器20是电压转换器。升压转换器20升高蓄电装置B的电压并产生升压电压。在本说明书中，将升压转换器20的输出电压称为“电压VH”。升压转换器20在PWM的控制下是可操作的。为了执行PWM控制，升压指令单元30经由PWM转换单元40向升压转换器20发送PWM控制信号。由PM-ECU50控制升压指令单元30。
由平滑电容器(未示出)平滑化电压VH，并且向MG1逆变器14和MG2逆变器24供应该电压VH。例如通过移除在升压转换器20中产生的高频分量和噪声来使电压的平滑生效。MG1逆变器14主要由1MG_CPU410控制。MG2逆变器24主要由2MG_CPU420控制。在此，将对MG1逆变器14的旋转驱动控制进行说明。MG2逆变器24及其控制与MG1逆变器14及其控制基本相同；因此，将相同的数字分配给对应的单元，将不重复说明该对应的单元。
MG1逆变器14例如是其中在正弦波PWM的控制下驱动切换装置的PWM逆变器。除了这种类型的逆变器，可使用正弦波PWM控制方法、过调制PWM控制方法和矩形电压控制中的任何一种方法，或可取决于电动发电机MG1的运行条件(通常为转矩和旋转速度)将这些方法从一种切换到另一种。
电流指令生成单元210具有从MG1逆变器14产生的电流波形的基础(电流基准波形)。更具体地，例如根据预先准备的表，电流指令生成单元210响应于PM-ECU50的转矩指令值Trqcom，在d-q轴上产生d轴电流指令值Idcom和q轴电流指令值Iqcom。
PI计算单元240用于比例积分(PI)计算。PI计算单元240向坐标转换单元250输出对应于在作为反馈信号的Id与d轴电流指令值Idcom之间的偏差(控制偏差ΔId)的d轴电压指令值Vd#。PI计算单元240同样向坐标转换单元250输出对应于在作为反馈信号的Iq与q轴电流指令值Iqcom之间的偏差(控制偏差Δlq)的q轴电压指令值Vq#。
坐标转换单元250基于稍后将要描述的从分解器25发送的电动发电机MG1的转子位置θ或转速Nmt(从两相到三相的坐标转换)，将d轴电压指令值Vd#和q轴电压指令值Vq#相应地转换为U相、V相和W相的电压指令值Vucom、Vvcom、Vwcom。坐标转换单元250然后向PWM信号生成单元260输出电压指令值Vucom、Vvcom、Vwcom。
PWM信号生成单元260基于电压指令值Vucom、Vvcom、Vwcom产生PWM信号，并向MG1逆变器14输出PWM信号。更具体地，PWM信号生成单元260基于具有给定载波(载波信号)的各相的电压指令值Vucom、Vvcom、Vwcom的比较来产生切换控制信号，以及向MG1逆变器14输出信号。
MG1逆变器14基于来自PWM信号生成单元260的PWM信号来执行PWM控制。因此MG1逆变器14将来自升压转换器20的电力转换为具有所期望的波形的电压和电流，并产生升压电力。MG1逆变器14相应地经由U相线UL1、V相线VLl、W相线WL1，连接到电动发电机MG1的各相的线圈。因此，向电动发电机MG1供应MG1逆变器14的输出，以便驱动电动发电机MG1。以这种方式，根据由电流指令生成单元210接收的转矩指令值Trqcom，以期望的旋转速度驱动电动发电机MG1。
电动发电机MG1设置有用于估计转子位置的分解器25。分解器25连接到坐标转换单元220和250。
电动发电机MG1同样具有用于测量流过电动发电机MG1的电流的电流传感器26。电流传感器26连接到坐标转换单元220。坐标转换单元220基于电动发电机MG1的转子位置θ或旋转速度Nmt，将流过电动发电机MG1的电流转换为d轴电流Id和q轴电流Iq。将通过转换从而获得的d轴电流Id和q轴电流Iq用于计算由PI计算单元240接收的控制偏差ΔId和Δlq。
将MG2逆变器24经由U相线UL2、V相线VL2、W相线WL2连接到电动发电机MG2的各相的线圈。除了这种布置，MG2逆变器24及其控制基本上与MG1逆变器及其控制相同，并且因此，将相同的参考数字分配给对应的部分或单元，将不重复说明该对应的部分或单元。图1所示的车辆100可执行所谓的中性点发电。即，中性点发电意为使得在中性点N1与中性点N2之间产生电位差，以及向在中性点N1和中性点N2之间连接的负载供应电力。
MG1逆变器14具有对应于U相、V相和W相的切换装置，以使得可单独控制针对各相的切换装置。在中性点发电期间，适当控制这些切换装置，以使得在中性点N1处呈现电位。
如同MG1逆变器14，MG2逆变器24同样具有对应于U相、V相和W相的切换装置，以使得可单独控制针对各相的切换装置。在中性点发电期间，适当控制这些切换装置，以使得在中性点N2处同样呈现电位。
当中性点N1的电位与中性点N2的电位不同时，在中性点N1和中性点N2之间产生上述发电电压Vout。经由输出单元60的输出端子对60a、60b向车辆100外部的负载(未示出)供应发电电压Vout。当适当控制MG1逆变器14和MG2逆变器24的时候，获得所期望的发电电压Vout。
在中性点发电期间，在1MG_CPU410中的PWM信号生成单元260基于来自中性点输出电压指令单元70的指令(电压基准波形)Vsr和电压分配率k(参考数字80)以及载波信号来生成PWM信号。在这个时候，需要根据MG1逆变器14和MG2逆变器24的输入电压，即电压VH，来改变载波信号。在2MG_CPU420中的PWM信号生成单元260基于来自中性点输出电压指令单元70的指令(电压基准波形)Vsr和电压分配比1-k(参考数字81)以及载波信号来生成PWM信号。
在升压转换器20和MG1逆变器14之间设置用于测量电压VH的VH电压传感器350。向滤波器320发送VH电压传感器350的测量值(电压VH值)。滤波器320将VH电压传感器350的测量值取平均。然后向电动发电机MG1侧上的PWM信号生成单元260发送平均电压VH值。以这种方式，1MG_CPU410使得通过MG1逆变器14的PWM控制来反映电压VH值。
同时，滤波器320同样向通信单元411发送电压VH值。通信单元411被包括在1MG_CPU410中，并用于允许1MG_CPU410与2MG_CPU420通信。通信单元411向包括在2MG_CPU420中的通信单元421发送电压VH值。以这种方式，2MG_CPU420使得通过MG2逆变器24的PWM控制来反映电压VH值。
1MG_CPU410包括死区时间补偿单元91，而2MG_CPU420不包括死区时间补偿单元91。当执行中性点发电时，可使用发动机2的动力将电动发电机MG1操作为发电机，并传递从输出单元60所产生的电力，从而不降低蓄电装置B的充电状态(SOC)。此时，如果不补偿MG1逆变器14的死区时间，则输出电力的质量可能劣化，例如，电力波形可能失真。另一方面，电动发电机MG2主要用于行驶车辆，并且在行驶期间即使死区时间未被补偿，乘客不太可能或不可能感觉不适。采用因为上述原因而设置在1MG_CPU310中的死区时间补偿单元91，由1MG_CPU410执行的计算量比2MG_CPU420的计算量更大，该更大的量是由于死区时间补偿单元91的提供，并且1MG_CPU410的CPU负载增大。
图2是有利于说明在其中在两个电动发电机的逆变器中执行电压反馈控制的对比示例中的电压波动的示意图。图1所示的电力供应系统通过利用车载逆变器(14、24)和用于行驶车辆的电动机(MG1、MG2)来产生AC电力。然而，电力供应系统需要保持电力质量为等于或高于给定电平，从而使得可采用由此产生的AC电力来正常操作诸如电器的负载。电力的质量指示所供应的电力的电力波形(正弦波)的电压值和频率与基准值偏离多少，并且通常由诸如电压调节和电压失真率的参数表示。
在使用用于驱动电动机(用于供应电力到外部)的车载逆变器的方法中，如果控制失败，则电力质量不稳定，并且取决于负载的类型，诸如电器的负载可能无法运行。因此，供电系统需要控制逆变器，以便稳定电力质量。
参照图2，图2所指示的“MG1输出电压”表示从图1的中性点N1产生的电压。同样，图2所指示的“MG2输出电压”表示从图1的中性点N2产生的电压。同样，图2所指示的“发电电压(总电压)”表示从图1的输出单元60产生的电压，并且等于“MG1输出电压”与“MG2输出电压”的总和。
例如，针对在反馈控制中的使用，应考虑检测在发电控制中发电电压的有效值，以便补偿发电电压值。将考虑当使用如图1所示的两个电动发电机MG1、MG2时，向两个电动发电机的逆变器控制两者施加反馈控制的情况。
如图2中所示，如果“MG1输出电压”发生由于反馈控制的电压波动FA，并且“MG2输出电压”发生由于反馈控制的电压波动FB，则“发电电压”发生的波动范围为等于FA+FB。通过评估应认为，如果两个逆变器中的每一个逆变器单独运行，则这些逆变器的运行互相干扰，并且发电电压经受振荡(hunting)且不稳定。
图3是用于说明本实施例的电力供应系统的电压波动的示意图。参考图3，在本实施例中，仅向两个电动发电机的逆变器控制中的一个施加反馈控制。可在MG1逆变器14或MG2逆变器24上执行逆变器控制中的上文所指出的一个逆变器控制。在本实施例中，不对MG1逆变器14执行反馈控制，而仅对MG2逆变器24执行反馈控制。
如图3中所示，“MG1输出电压”没有发生由于反馈控制的电压波动，并且“MG2输出电压”发生由于反馈控制的电压波动FB。在这种情况下，“发电电压”发生的波动范围等于FB。与图2相比，波动范围减少对应于电压波动FA的量。同样，由于两个反馈控制不相互干扰，所以没有发生振荡现象。
在由图1的有效值PI控制单元65所执行的处理中，满足下列等式，其中V是目标电压，k是发电电压MG1的分配率，以及ΔV是电压偏差。
ΔV＝V-Vout
控制电压(MG1)+控制电压(MG2)＝V×k+(V+ΔV)×(l-k)
将简单说明控制的概要。
首先，由用户将发电电压的目标值V(例如，AC100V)经由PM-ECU50输入到1MG_CPU410和2MG_CPU420中。在1MG_CPU410和2MG_CPU420的每一个中，将发电电压目标值V转换成瞬时值。然后将瞬时值乘以相应的分配率k、1-k，从而计算相应逆变器的输出指令值。在1MG_CPU410和2MG_CPU420的每一个中，PWM信号生成单元260基于增加输出指令值到其中的输入，执行PWM转换。然后，基于从相应PWM信号生成单元260所产生的PWM信号来切换MG1逆变器14和MG2逆变器24，从而获得发电电压Vout。例如当由于在由负载消耗的电力中的变化，在发电电压目标值与电压传感器90的检测值之间产生电压偏差时，有效值PI控制单元65根据电压偏差通过改变目标电压值来调整输出电压。
图4是有利于说明1MG_CPU和2MG_CPU的处理负载的状态的图。参考图4，1MG_CPU410执行MG1逆变器14的行驶控制、发电控制、升压转换器控制和死区时间补偿控制。
在图1的框图中，主要由电流指令生成单元210、PI计算单元240、坐标转换单元250和PWM信号生成单元260来执行MG1逆变器14的行驶控制。在图1的框图中，主要由中性点输出电压指令单元70来执行发电控制。在图1的框图中，主要由升压指令单元30和PWM转换单元40来执行升压转换控制。在图1的框图中，主要由死区时间补偿单元91来执行死区时间补偿控制。
另一方面，2MG_CPU420执行MG2逆变器24的行驶控制、发电控制以及PI控制。在图1框图的2MG_CPU420中，主要由电流指令生成单元210、PI计算单元240、坐标转换单元250和PWM信号生成单元260来执行MG2逆变器24的行驶控制。在图1框图的2MG_CPU420中，主要由中性点输出电压指令单元70来执行发电控制。在图1框图的2MG_CPU420中，主要由有效值计算单元63和有效值PI控制单元65来执行PI控制。
如图4所示，1MG_CPU410需要比2MG_CPU420做出更多的处理，该相差的处理量为升压转换器控制和死区时间补偿控制的处理量。因此，如果1MG_CPU410承担PI控制的处理，则两个CPU的处理量不平衡。因为1MG_CPU410与2MG_CPU420基本上执行相同的用于行驶控制的处理，所以优选使用具有与1MG_CPU410和2MG_CPU420相同性能的CPU。因此，优选使得2MG_CPU420承担PI控制，以便在中性点发电的同时均匀分配处理。因为以这种方式均匀分配处理负载，所以即使CPU的性能没有过度增强，处理是稳定的。
其次，将通过波形对比来描述对比示例(其中针对两个逆变器的控制来执行电压反馈控制)和本实施例(其中针对一个逆变器的控制来执行电压反馈控制)。
图5是有利于说明在对比示例中的电压波动的波形图，在该对比示例中，在两个电动发电机的逆变器中执行电压反馈控制。图6是有利于说明在本实施例的电力供应系统中的电压波动的波形图。
在图5和图6中，以如从附图顶部起所示的描述顺序来指出发电电压Vout的有效值(电压传感器90的检测值的有效值)、发电电压的瞬时值(电压传感器90的检测值)、MG1指令值、MG2指令值和发电电流。例如当负载开启时，发电电流从零增加。在发电电压有效值PI控制单元中的发电电压分配率k＝50％，P＝1.1且I＝0.3(P表示比例项，以及I表示积分项)的情况下，当发电电流从0增加到12A(电力从0增加到1.2kW)时获得图5和图6的波形。
在图5的波形中，如果将发电电压有效值PI控制引入MG1的输出电压(指令值)和MG2的输出电压(指令值)两者中，则如图5所理解，MG1的输出电压(指令值)和MG2的输出电压(指令值)不稳定，并且发电电压有效值同样不稳定。
另一方面，在图6的波形中，仅将发电电压有效值PI控制引入到MG2的输出电压中；结果是，MG1的输出电压(指令值)固定，并且仅MG2的输出电压(指令值)出于电力控制的目的而变化。然而，图6所示的MG2的输出电压(指令值)与图5所示的MG2的输出电压相比相对稳定。同样从图6理解，例如发电电压有效值免于振荡并且进而是稳定的。
最后，将参考附图总结本实施例。参考图1，本实施例的电力供应系统包括MG1逆变器14、由MG1逆变器14驱动的电动发电机MG1，控制MG1逆变器14的第一控制器(1MG_CPU410)、MG2逆变器24、由MG2逆变器24驱动的电动发电机MG2，控制MG2逆变器24的第二控制器(2MG_CPU420)。电力供应系统进一步包括输出端子对60a、60b以及电压传感器90，该输出端子对60a、60b中的一个端子连接到电动发电机MG1的定子线圈的中性点N1，并且另一端子连接到电动发电机MG2的定子线圈的中性点N2，该电压传感器90检测从输出端子对60a、60b产生的电压Vout。第二控制器根据在从输出端子产生的电压的目标值与由电压传感器90检测的电压之间的偏差来控制MG2逆变器24。通过有效值计算单元63、有效值PI控制单元65和中性点输出电压指令单元70来实施该处理。第一控制器根据从输出端子产生的电压的目标值(由中性点输出电压指令单元70输出的指令值Vsr)来控制MG1逆变器14，而与偏差的大小无关。
因为仅在控制器的一个中执行电压反馈控制，所以抑制或防止在两个控制器之间的反馈控制的干扰和振荡的发生，如果在两个控制器中都执行电压反馈控制，则将产生该干扰和振荡的发生。
优选地，电力供应系统安装在车辆100上，并且进一步包括驱动轮6和发动机2。当电动发电机MG1接收发动机2的机械电力时，该电动发电机MG1运行为发电机，并且发电。电动发电机MG2运行为用于驱动驱动轮6的电动机以便行驶车辆。当驱动作为发电机的电动发电机MG1，从输出端子对601、60b向负载供应电力时，第一控制器进一步执行MG1逆变器14的死区时间补偿控制。由死区时间补偿单元91来实施该控制。
第一和第二控制器共享控制以使得第一控制器执行死区时间补偿控制，以及第二控制器执行电压反馈控制。因此，如参考图4所说明，可减少在第一控制器和第二控制器之间的处理负载中的差异。
更优选地，第一控制器和第二控制器中的每一个由具有基本上相同性能的计算机组成。也就是，1MG_CPU410和2MG_CPU420可由具有基本上相同性能的CPU构成。
在本实施例中，减少在第一控制器和第二控制器之间的处理负载中的差异。因此，即使没有使用具有极其高性能的计算机，可达到稳定处理。
应理解在此公开的实施例不是限制性的，而是在所有方面是示例性的。本发明的范围不是由实施例的上述描述指定而是由所附权利要求限定，并且旨在包括在所附权利要求及其等价的范围内的所有改变。

Claims (3)

1.一种电力供应系统，包括：
第一逆变器；
第一电动发电机，其由所述第一逆变器驱动；
第二逆变器；
第二电动发电机，其由所述第二逆变器驱动；
输出端子对，其包括第一端子和第二端子，所述第一端子连接到所述第一电动发电机的定子线圈的中性点，所述第二端子连接到所述第二电动发电机的定子线圈的中性点；
电压检测器，其检测从所述输出端子对产生的电压；
第一控制器，其被配置成根据从所述输出端子产生的电压的目标值来控制所述第一逆变器，而与在从所述输出端子产生的电压的目标值和由所述电压检测器检测的电压之间的偏差的大小无关；以及
第二控制器，其被配置成根据所述偏差来控制所述第二逆变器。
2.根据权利要求1所述的电力供应系统，其中
所述电力供应系统被安装在车辆上；
所述车辆包括驱动轮和内燃机；
所述第一电动发电机被配置成接收所述内燃机的机械动力并且发电；
所述第二电动发电机被配置成驱动所述驱动轮；以及
所述第一控制器被配置成当所述第一电动发电机发电同时从所述输出端子对向负载供应电力时，执行所述第一逆变器的死区时间补偿控制。
3.根据权利要求2所述的电力供应系统，其中
所述第一控制器和所述第二控制器中的每一者包括具有基本上相同性能的计算机。
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