CN105610359B - 发电机功率输出控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发电机功率输出控制方法、装置及系统，其中方法包括：以预设的控制周期定时采集高压直流母线电压，计算母线实际电压值；根据计算得到的母线实际电压值以及预先设置的母线电压设定值，计算母线电压偏差；根据计算得到的母线电压偏差通过增量限幅调节方式计算转矩增量；根据预设的转矩初始值，在每个控制周期动态叠加计算得到的转矩增量，以及预先设定的转矩上限值和下限值，计算发电机给定转矩；在保持发电机转速恒定的情况下，根据计算得到的给定转矩，调节发电机给定转矩，控制发电机功率的输出。

Description

发电机功率输出控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及发电领域，尤其涉及一种发电机功率输出控制方法、装置及系统。

背景技术

对于重型多轮电驱车串联混合动力的用电系统，发电机组作为主功率供电设备，输出的电能通常情况下需要为驱动电机、制动空压机、电控助力、空调系统、水循环冷却系统以及上装高压供电的设备供电。其中，驱动系统所需功率可以较为准确评估，制动空压机、电控助力、空调系统、水循环冷却系统所需功率可以粗略估计，而上装其它需要高压供电的设备所需用电功率则难以评估。因此传统的功率跟踪方法难以满足多轮电驱发射车的复杂用电需求。

发明内容

本发明旨在至少克服上述缺陷之一提供一种发电机功率输出控制方法、装置及系统，能够实现发电机功率平滑输出。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明的一个方面提供了一种发电机功率输出控制方法，包括：以预设的控制周期定时采集高压直流母线电压，计算母线实际电压值；根据计算得到的所述母线实际电压值以及预先设置的母线电压设定值，计算母线电压偏差；根据计算得到的所述母线电压偏差通过增量限幅调节方式计算转矩增量；根据预设的转矩初始值，在每个控制周期动态叠加计算得到的转矩增量，以及预先设定的转矩上限值和下限值，计算发电机给定转矩；在保持发电机转速恒定的情况下，根据计算得到的所述给定转矩，调节发电机给定转矩，控制发电机功率的输出。

另外，所述以预设周期定时采集高压直流母线电压，计算母线实际电压值包括：以预设周期定时采集高压直流母线电压，根据采集到的所述高压直流母线电压以及预设的变换比例，计算输出电压，对计算得到的所述输出电压进行模拟电路和数字电路的隔离，并将所述输出电压转换为数字量的母线实际电压值。

另外，所述根据计算得到的所述母线电压偏差通过增量限幅调节方式计算转矩增量包括：转矩增量通过如下方式计算得到：ΔT＝k_PP×IError-k_PI×LastError；其中，ΔT为所述转矩增量，kPP为比例系数，kPI为积分系数，IError为当前计算得到的母线电压偏差，LastError为上次计算得到的母线电压偏差。

本发明另一方面提供了一种发电机功率输出控制装置，包括：计算模块，用于以预设的控制周期定时采集高压直流母线电压，计算母线实际电压值；根据计算得到的所述母线实际电压值以及预先设置的母线电压设定值，计算母线电压偏差；根据计算得到的所述母线电压偏差通过增量限幅调节方式计算转矩增量；根据预设的转矩初始值，在每个控制周期动态叠加计算得到的转矩增量，以及预先设定的转矩上限值和下限值，计算发电机给定转矩；控制模块，用于在保持发电机转速恒定的情况下，根据计算得到的所述给定转矩，调节发电机给定转矩，控制发电机功率的输出。

另外，所述计算模块通过如下方式以所述以预设周期定时采集高压直流母线电压，计算母线实际电压值：所述计算模块，以预设周期定时采集高压直流母线电压，根据采集到的所述高压直流母线电压以及预设的变换比例，计算输出电压，对计算得到的所述输出电压进行模拟电路和数字电路的隔离，并将所述输出电压转换为数字量的母线实际电压值。

另外，所述计算模块通过如下方式根据计算得到的所述母线电压偏差通过增量限幅调节方式计算转矩增量：转矩增量通过如下方式计算得到：ΔT＝k_PP×IError-k_PI×LastError；其中，ΔT为所述转矩增量，kPP为比例系数，kPI为积分系数，IError为当前计算得到的母线电压偏差，LastError为上次计算得到的母线电压偏差。

本发明又一方面提供了一种发电机功率输出控制系统，包括：控制装置以及发电机组；所述控制装置包括：能量管理控制器、电机控制器以及电压转换隔离器；其中，所述能量管理控制器，用于以预设的控制周期定时采集高压直流母线电压，计算母线实际电压值；根据计算得到的所述母线实际电压值以及预先设置的母线电压设定值，计算母线电压偏差；根据计算得到的所述母线电压偏差通过增量限幅调节方式计算转矩增量；根据预设的转矩初始值，在每个控制周期动态叠加计算得到的转矩增量，以及预先设定的转矩上限值和下限值，计算发电机给定转矩，在保持发电机转速恒定的情况下，根据计算得到的所述给定转矩，调节发电机给定转矩，控制所述电机控制器；所述电机控制器，用于控制所述发电机组的发电机功率的输出；所述电压转换隔离器，用于以预设周期定时采集高压直流母线电压，根据采集到的所述高压直流母线电压以及预设的变换比例，计算输出电压；所述能量管理控制器，还用于对计算得到的所述输出电压进行模拟电路和数字电路的隔离，并将所述输出电压转换为数字量的母线实际电压值。

另外，其特征在于，所述能量管理控制器通过如下方式根据计算得到的所述母线电压偏差通过增量限幅调节方式计算转矩增量：转矩增量通过如下方式计算得到：ΔT＝k_PP×IError-k_PI×LastError；其中，ΔT为所述转矩增量，kPP为比例系数，kPI为积分系数，IError为当前计算得到的母线电压偏差，LastError为上次计算得到的母线电压偏差。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过本发明实施例提供的电机功率输出控制方法、装置及系统，通过动态采集直流母线电压计算得到发电机给定转矩，调节发电机输出功率，进而实现母线电压的自主均衡控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例1提供的电机功率输出控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的电机功率输出控制系统的原理图；

图3为本发明实施例1提供的电机功率输出控制装置中电压转换隔离器的电路图；

图4为本发明实施例2提供的电机功率输出控制装置的结构示意图；

图5为本发明实施例2提供的电机功率输出控制方法的流程图；

图6为本发明实施例3提供的电机功率输出控制方法的一种具体流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。

实施例1

图1为本发明实施例1提供的电机功率输出控制系统的结构示意图，参见图1，本发明实施例1提供的电机功率输出控制系统，包括：

控制装置10以及发电机组20；

控制装置10包括：能量管理控制器101、电机控制器102以及电压转换隔离器103；

其中，能量管理控制器101，用于以预设的控制周期定时采集高压直流母线电压，计算母线实际电压值；根据计算得到的母线实际电压值以及预先设置的母线电压设定值，计算母线电压偏差；根据计算得到的母线电压偏差通过增量限幅调节方式计算转矩增量；根据预设的转矩初始值，在每个控制周期动态叠加计算得到的转矩增量，以及预先设定的转矩上限值和下限值，计算发电机给定转矩，在保持发电机转速恒定的情况下，根据计算得到的给定转矩，调节发电机给定转矩，控制电机控制器102；

电机控制器102，用于控制发电机组20的发电机功率的输出；

电压转换隔离器103，用于以预设周期定时采集高压直流母线电压，根据采集到的高压直流母线电压以及预设的变换比例，计算输出电压；

能量管理控制器101，还用于对计算得到的输出电压进行模拟电路和数字电路的隔离，并将输出电压转换为数字量的母线实际电压值。

当然，本发明中，通过直流母线，还可以对n个用电设备进行供电，其中n为正整数。

其中，作为本发明的一个可选的具体实施方式，本发明中的电机功率输出控制系统可以主要包括柴油发电机组20和控制装置10两部分。其中，发动机组20作为系统的动力源，以固定转速运转，永磁同步发电机201通过联轴器202直接与发动机203连接，发动机带动发电机旋转，发电机绕组切割磁力线输出电能。

控制装置10可以包含能量管理控制器101、电机控制器102、电压隔离转换器103。其中：

能量管理控制器101可以根据采集到的直流母线实际电压值和先设置的母线电压设定值(也可以称作给定电压)计算得到发电机给定转矩(也称作转矩给定值)，能量管理控制器101可以通过CAN总线将给转矩值发送至电机控制器102；

电机控制器102对发电机转矩进行控制，从而控制发电机输出的功率，实现对直流母线电压的动态调节。

电压隔离转换器103可以将直流母线上的直流高压转换为0-5v电压；

能量管理控制器101可以利用内部A/D将电压隔离转换器103转换的模拟信号转换为数字量，并通过增量限幅调节(PI)计算得到转矩增量。

其中，在本发明的一个可选实施方式中，发电机输出功率可以工作在闭环调节模式下。

具体地，具体可以结合图1和图2，本发明实施例中电压转换隔离器103可以采用高精确度、高线性度、高集成度的GTVB系列电隔离线性电压变送器，其电压采集范围可以0-600v，转换输出可以0-5v，变换比例系数可以为120，由此，输入输出变换关系如式1所示：

其中，VReal为母线电压实际值，Volt_IN1变送器输出电压。

另外，为避免直流高压对能量管理控制器101的干扰，本发明还设计了如图2所示的二次隔离电路，例如可以通过HCNR201-300线性光耦实现模拟电路和数字电路隔离，隔离电路输入输出对应关系如式2所示：

其中，Volt_ADC1为隔离输出电压，k为光耦增益系数。

模数转换电路可以采用微处理器内部12位高速A/D，采样基准电压为5v，数字量输出表达式如式3所示：

其中，Data为AD转换后数字量(即数字量的母线实际电压值)。

另外，直流母线带有大电容负载，对母线电压控制速度要求不高，故采用PI(比例积分控制器)控制可满足控制要求。能量管理控制器可以以100ms周期定时采集高压直流母线电压，根据式5计算直流母线实际电压值：

其中，可以根据母线电压设定值VBus和实际值VReal计算出母线电压偏差IError，能量管理控制器101可以通过如下方式根据计算得到的所述母线电压偏差通过增量限幅调节方式计算转矩增量：本发明可以采用增量限幅PI调节，减小积分累计误差，转矩增量PI调节计算公式可以如式6所示：

ΔT＝k_PP×IError-k_PI×LastError 式6

其中，ΔT为所述转矩增量，kPP为比例系数，kPI为积分系数，IError为当前计算得到的母线电压偏差，LastError为上次计算得到的母线电压偏差。

其中，给定转矩初始值T可以为0，每个控制周期动态叠加转矩增量ΔT，为防止积分失控，设定转矩给定上下限TMax、TMin。由此，能量管理控制器101计算得到发电机给定转矩后，通过CAN总线将给定转矩发送至电机控制器102，电机控制器进行发电机转矩调节。

最后，本发明中发电机组20输出功率可以由发电机转矩和转速决定，计算公式如式4所示：

P＝T_e×ω 式4

由此，在保持发电机转速恒定的情况下，调节发电机给定转矩，即可控制发电机输出功率，基于此，本发明以母线电压为控制目标，实现发电机输出功率的动态调节。

由此可见，通过本发明实施例提供的电机功率输出控制系统，通过动态采集直流母线电压计算得到发电机给定转矩，调节发电机输出功率，进而实现母线电压的自主均衡控制，由此可以解决重型混合动力用电系统母线电压自主均衡控制的功率流控制发电方法，以及发电机输出功率跟踪控制问。

实施例2

图4为本发明实施例2提供的电机功率输出控制装置的结构示意图，参见图2，本发明实施例2提供的电机功率输出控制装置，包括：

计算模块401，用于以预设的控制周期定时采集高压直流母线电压，计算母线实际电压值；根据计算得到的母线实际电压值以及预先设置的母线电压设定值，计算母线电压偏差；根据计算得到的母线电压偏差通过增量限幅调节方式计算转矩增量；根据预设的转矩初始值，在每个控制周期动态叠加计算得到的转矩增量，以及预先设定的转矩上限值和下限值，计算发电机给定转矩；

控制模块402，用于在保持发电机转速恒定的情况下，根据计算得到的给定转矩，调节发电机给定转矩，控制发电机功率的输出。

由此可见，通过本发明实施例提供的电机功率输出控制装置，通过动态采集直流母线电压计算得到发电机给定转矩，调节发电机输出功率，进而实现母线电压的自主均衡控制。

作为本发明的一个可选实施方式，计算模块可以通过如下方式以预设周期定时采集高压直流母线电压，计算母线实际电压值：计算模块401，以预设周期定时采集高压直流母线电压，根据采集到的高压直流母线电压以及预设的变换比例，计算输出电压，对计算得到的输出电压进行模拟电路和数字电路的隔离，并将输出电压转换为数字量的母线实际电压值。由此可见，为避免直流高压对电机功率输出控制装置的干扰，计算模块401可以将电压转换为数字形式进行后续计算。

作为本发明的一个可选实施方式，计算模块401通过如下方式根据计算得到的母线电压偏差通过增量限幅调节方式计算转矩增量：

转矩增量通过如下方式计算得到：ΔT＝k_PP×IError-k_PI×LastError；

其中，ΔT为转矩增量，kPP为比例系数，kPI为积分系数，IError为当前计算得到的母线电压偏差，LastError为上次计算得到的母线电压偏差。

其原理可以结合实施例1进行说明，在此不再赘述。

图5为本发明实施例2提供的电机功率输出控制方法的流程图，参见图5，本发明实施例2提供的电机功率输出控制方法，包括：

S501，以预设的控制周期定时采集高压直流母线电压，计算母线实际电压值；

S502，根据计算得到的母线实际电压值以及预先设置的母线电压设定值，计算母线电压偏差；

S503，根据计算得到的母线电压偏差通过增量限幅调节方式计算转矩增量；

S504，根据预设的转矩初始值，在每个控制周期动态叠加计算得到的转矩增量，以及预先设定的转矩上限值和下限值，计算发电机给定转矩；

S505，在保持发电机转速恒定的情况下，根据计算得到的给定转矩，调节发电机给定转矩，控制发电机功率的输出。

由此可见，通过本发明实施例提供的电机功率输出控制方法，通过动态采集直流母线电压计算得到发电机给定转矩，调节发电机输出功率，进而实现母线电压的自主均衡控制。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，步骤S501，以预设周期定时采集高压直流母线电压，计算母线实际电压值包括：以预设周期定时采集高压直流母线电压，根据采集到的高压直流母线电压以及预设的变换比例，计算输出电压，对计算得到的输出电压进行模拟电路和数字电路的隔离，并将输出电压转换为数字量的母线实际电压值。由此可见，为避免直流高压对电机功率输出控制装置的干扰，可以将电压转换为数字形式进行后续计算。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，步骤S503，根据计算得到的母线电压偏差通过增量限幅调节方式计算转矩增量包括：转矩增量通过如下方式计算得到：ΔT＝k_PP×IError-k_PI×LastError；其中，ΔT为转矩增量，kPP为比例系数，kPI为积分系数，IError为当前计算得到的母线电压偏差，LastError为上次计算得到的母线电压偏差。

其原理可以结合实施例1进行说明，在此不再赘述。

由此可见，通过对发电机高压直流母线电压自主均衡控制，可以实现发电机功率平滑输出。在本发明中，利用发电机输出功率工作在闭环调节模式，控制闭环以直流母线电压设定值为给定值和直流母线电压实际值为反馈值，进行PI闭环运算，闭环的输出为发电机的输出功率，由此，可以解决发电机输出功率跟踪控制问题。

实施例3

图6为本发明实施例3提供的电机功率输出控制方法的一种具体流程图，作为本发明的一种可选实施方式，本实施例仅为参考，本发明并不局限于此方案，其他同样实现本发明的方案均应属于本发明的保护范围。

参见图6，本发明实施例3提供的电机功率输出控制方法，包括：

S601，开启；

S602，参数初始化；

S603，判断是否有100ms定时，如果有执行步骤S604，否则执行步骤S

S604，开启AD转换，进行模数转换；

S605，计算母线电压实际值；

S606，根据母线电压设定值和实际值计算出母线电压偏差。

S607，计算转矩增量ΔT；

S608，将本次母线电压偏差作为上次母线电压偏差；

S609，给定转矩初始值T为0，每个控制周期动态叠加转矩增量ΔT；

S610，判断给定转矩是否大于下限值，如果是则执行步骤S611，否则执行步骤S612；

S611，判断给定转矩是否小于上限值，如果是则执行步骤S614，否则执行步骤S613；

S612，将给定转矩设置为下限值，并执行步骤S614；

S613，将给定转矩设置为上限值，并执行步骤S614；

S614，发送转矩指令至电机控制器。

由此可见，本发明电机功率输出控制方法，通过动态采集直流母线电压计算得到发电机给定转矩，调节发电机输出功率，进而实现母线电压的自主均衡控制，由此解决了重型混合动力用电系统母线电压自主均衡控制的功率流的控制。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种发电机功率输出控制方法，其特征在于，包括：

以预设的控制周期定时采集高压直流母线电压，计算母线实际电压值；

根据计算得到的所述母线实际电压值以及预先设置的母线电压设定值，计算母线电压偏差；

根据计算得到的所述母线电压偏差通过增量限幅调节方式计算转矩增量；

根据预设的转矩初始值，在每个控制周期动态叠加计算得到的转矩增量，以及预先设定的转矩上限值和下限值，计算发电机给定转矩；

在保持发电机转速恒定的情况下，根据计算得到的所述给定转矩，调节发电机给定转矩，控制发电机功率的输出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以预设周期定时采集高压直流母线电压，计算母线实际电压值包括：

以预设周期定时采集高压直流母线电压，根据采集到的所述高压直流母线电压以及预设的变换比例，计算输出电压，对计算得到的所述输出电压进行模拟电路和数字电路的隔离，并将所述输出电压转换为数字量的母线实际电压值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据计算得到的所述母线电压偏差通过增量限幅调节方式计算转矩增量包括：

转矩增量通过如下方式计算得到：ΔT＝k_PP×IError-k_PI×LastError；

其中，ΔT为所述转矩增量，k_PP为比例系数，k_PI为积分系数，IError为当前计算得到的母线电压偏差，LastError为上次计算得到的母线电压偏差。

4.一种发电机功率输出控制装置，其特征在于，包括：

计算模块，用于以预设的控制周期定时采集高压直流母线电压，计算母线实际电压值；根据计算得到的所述母线实际电压值以及预先设置的母线电压设定值，计算母线电压偏差；根据计算得到的所述母线电压偏差通过增量限幅调节方式计算转矩增量；根据预设的转矩初始值，在每个控制周期动态叠加计算得到的转矩增量，以及预先设定的转矩上限值和下限值，计算发电机给定转矩；

控制模块，用于在保持发电机转速恒定的情况下，根据计算得到的所述给定转矩，调节发电机给定转矩，控制发电机功率的输出。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述计算模块通过如下方式以所述以预设周期定时采集高压直流母线电压，计算母线实际电压值：

所述计算模块，以预设周期定时采集高压直流母线电压，根据采集到的所述高压直流母线电压以及预设的变换比例，计算输出电压，对计算得到的所述输出电压进行模拟电路和数字电路的隔离，并将所述输出电压转换为数字量的母线实际电压值。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述计算模块通过如下方式根据计算得到的所述母线电压偏差通过增量限幅调节方式计算转矩增量：

转矩增量通过如下方式计算得到：ΔT＝k_PP×IError-k_PI×LastError；

其中，ΔT为所述转矩增量，k_PP为比例系数，k_PI为积分系数，IError为当前计算得到的母线电压偏差，LastError为上次计算得到的母线电压偏差。

7.一种发电机功率输出控制系统，其特征在于，包括：控制装置以及发电机组；

所述控制装置包括：能量管理控制器、电机控制器以及电压转换隔离器；

其中，所述能量管理控制器，用于以预设的控制周期定时采集高压直流母线电压，计算母线实际电压值；根据计算得到的所述母线实际电压值以及预先设置的母线电压设定值，计算母线电压偏差；根据计算得到的所述母线电压偏差通过增量限幅调节方式计算转矩增量；根据预设的转矩初始值，在每个控制周期动态叠加计算得到的转矩增量，以及预先设定的转矩上限值和下限值，计算发电机给定转矩，在保持发电机转速恒定的情况下，根据计算得到的所述给定转矩，调节发电机给定转矩，控制所述电机控制器；

所述电机控制器，用于控制所述发电机组的发电机功率的输出；

所述电压转换隔离器，用于以预设周期定时采集高压直流母线电压，根据采集到的所述高压直流母线电压以及预设的变换比例，计算输出电压；

所述能量管理控制器，还用于对计算得到的所述输出电压进行模拟电路和数字电路的隔离，并将所述输出电压转换为数字量的母线实际电压值。

8.根据权利要求7所述的发电机功率输出控制系统，其特征在于，所述能量管理控制器通过如下方式根据计算得到的所述母线电压偏差通过增量限幅调节方式计算转矩增量：

转矩增量通过如下方式计算得到：ΔT＝k_PP×IError-k_PI×LastError；

其中，ΔT为所述转矩增量，k_PP为比例系数，k_PI为积分系数，IError为当前计算得到的母线电压偏差，LastError为上次计算得到的母线电压偏差。