CN109474011A - 一种三相并网集成充电器的电流控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相并网集成充电器的电流控制方法及控制系统，包括：分别获得两相同步坐标系下的电流i_dq和电压e_dq，并根据电流i_dq和两相同步坐标系下的电流指令值得到电压调节量v_dq；根据电机参数对电流i_dq和电压调节量v_dq进行坐标变换和增益放大，以得到补偿前的输出电压指令值u_αβ；根据电压e_dq和逆变器当前的输出电压指令值得到电压补偿量r_αβ；将电压e_dq转换至两相静止坐标系下以得到电压e_αβ，利用电压补偿量r_αβ对输出电压指令值u_αβ进行补偿并与电压e_αβ相加，从而得到逆变器的输出电压指令值根据输出电压指令值得到PWM信号，实现对集成充电器的电流控制。本发明能够在不影响暂态响应速度的情况下使得稳态时三相并网系统的电流平稳。

Description

一种三相并网集成充电器的电流控制方法及控制系统

技术领域

本发明属于电动汽车领域，更具体地，涉及一种三相并网集成充电器的电流控制方法。

背景技术

电动汽车是减少碳排放，提高能源利用效率的一种有效交通工具，其技术的难点之一在于充电器的设计与制造。现有的车用充电器方案包括车外充电桩以及车载充电器，充电桩可提供较大的充电功率但占地面积大、体积庞大，车载充电器由于需要除电机驱动控制器外的额外一套电气装置作支撑，所以能够实现的功率相对较小且物理空间将受到限制。集成充电器复用电机驱动器作双向电能变换器，并复用牵引电机作并网滤波电感，从而在并网充电时构成充电器，在牵引时则恢复至常规的电机驱动器连接方式。

在上述方案中，根据电机形式的不同，对电流控制策略要进行特殊设计。对于异步电机和表贴式永磁同步电机，由于在并网情况下三相绕组的等效电感对称，所以电流控制策略可继续采用传统的基于电网电压定向的电流矢量控制策略，此时三相并网电流能够达到平衡的效果；而对于内置式的永磁同步电机，由于转子形式具有凸极性的特征，导致三相等效电感不再对称，故若继续沿用传统的基于电网电压定向的电流矢量控制策略，则三相电流将出现不平衡的现象，使得并网的有功、无功功率出现二倍于电网频率的波动，给电网运行带来负担。所以需要针对采用内置式永磁同步电机的集成充电器进行并网电流控制策略的优化设计。

现阶段，对于不平衡电感负载或不平衡电网电压情况下的三相PWM整流器并网电流控制主要有三种方式。第一种方式是采用基于电网电压正转同步坐标系的比例积分-谐振控制器，该方法在传统电流矢量控制器中加入了二倍于电网频率的谐振调节器，从而在该频率点可提供较大的控制环增益以完成对二倍频功率波动的抑制；第二种方式是基于两相静止坐标系的比例-谐振控制器，该方法直接将三相交流电流经坐标变换得到两相静止坐标系中相应的交流量，直接运用以电网频率为基准设计的谐振控制器实现两相静止坐标系下交流指令的跟踪。前述两种方式存在的问题是对电网频率的敏感性太强，当系统工作在弱电网中时，电网频率会存在波动，而基于理想电网频率设计的谐振控制器此时将失效，从而给电流控制带来影响，使得电流不能控制至平衡运行，功率仍存在波动。第三种方式是基于正负序分量分离的双dq、PI控制器，该方式克服了第一和第二种方式中对电网频率敏感的问题，但正负序分离会给系统带来暂态响应速度慢的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种三相并网集成充电器的电流控制方法，其目的在于，实现控制电压与输出电流的解耦，从而在不影响暂态响应速度的情况下使得稳态时三相并网系统的电流平稳。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种三相并网集成充电器的电流控制方法，该集成充电器复用电机驱动的逆变器作为双向变流器，并且复用电机绕组作为并网滤波电感，包括如下步骤：

(1)分别获得三相并网系统的在两相同步坐标系下的电流i_dq和电压e_dq，并根据电流i_dq和两相同步坐标系下的电流指令值得到电压调节量v_dq；

(2)根据电机参数对电流i_dq和电压调节量v_dq进行坐标变换和增益放大，以得到补偿前的输出电压指令值u_αβ；输出电压指令值u_αβ用于解除三相控制电压与三相输出电流之间的耦合关系，使得任意一相控制电压能够单独控制对应项的电流；

(3)根据电压e_dq和逆变器当前的输出电压指令值得到电压补偿量r_αβ；电压补偿量r_αβ用于补偿电机参数导致的误差；

(4)将电压e_dq转换至两相静止坐标系下以得到电压e_αβ，将电压e_αβ加至输出电压指令值u_αβ，并利用电压补偿量r_αβ对输出电压指令值u_αβ进行补偿，从而得到逆变器的输出电压指令值

(5)根据输出电压指令值得到用于驱动逆变器开关管的PWM信号，实现对三相并网集成充电器的电流控制。

进一步地，步骤(1)包括：

获得三相并网系统的三相电流i_abc和三相电压e_abc；

根据三相电压e_abc得到电网相位角θ_e，并根据电网相位角分别将三相电流和三相电压转换至两相同步坐标系下，从而得到电流i_dq和电压e_dq；

根据电流指令值对电流i_dq进行负反馈计算和PI调节计算，从而得到得到电压调节量v_dq。

进一步地，步骤(2)包括：

根据转子位置角和电网相位角的角度差将电流i_dq和电压调节量v_dq分别转换至两相静止坐标系，从而得到电网电压的α轴分量v_α和β轴分量v_β，以及电网电流的α轴分量i_α和β轴分量i_β；

分别以L_α和L_β为增益放大系数对α轴分量v_α和β轴分量v_β进行增益放大，并分别以λ₁₁＝-mL_α+R_s和λ₂₂＝-mL_β+R_s为增益放大系数对α轴分量i_α和β轴分量i_β进行增益放大；将增益放大后的α轴分量相加以得到补偿前的α轴输出电压指令值，并将增益放大后的β轴分量相加以得到补偿前的β轴输出电压指令值，从而得到输出电压指令值u_αβ；

其中，L_α为电机直轴同步电感，L_β为电机交轴同步电感，R_s为电机绕组电阻，m为预设系数。

进一步地，步骤(3)包括：

根据电机直轴同步电感、电机交轴同步电感、电机绕组电阻和转子位置角建立电机的电流模型和状态观测矩阵；

通过Park反变换将电压e_dq转换至两相静止坐标系下，从而得到电压e_αβ；

以电压e_αβ和输出电压指令值为输入，利用电流模型预测两相静止坐标系下的电网电流

利用状态观测矩阵对电流和实际电流i_αβ之间的误差Δi_αβ进行增益放大，从而得到电压补偿量r_αβ；

状态观测矩阵为二阶方阵，其中第一行第一列元素为电机直轴同步电感的整数倍，第二行第二列元素为电机交轴同步电感的整数倍，且其余元素均为0。

更进一步地，步骤(3)还包括：根据电压补偿量r_αβ调整电流模型。

进一步地，本发明第一方面提供的三相并网集成充电器的电流控制方法还包括：

获得电机的同步电感及电阻参数，并由此得到平均电感和二次谐波电感幅值；

根据三相等效电感与平均电感、二次谐波幅值以及转子位置角的关系得到三相等效电感随为直角变化的曲线，记为第一关系曲线；

根据电感与三相电流纹波的关系以及第一关系曲线得到三相电流纹波标幺值随转子位置角变化的曲线，记为第二关系曲线；

根据第二关系曲线获得任一转子位置角所对应的各相电流纹波标幺值中的最大值，记为开关频率标幺值，从而得到开关频率标幺值随转子位置角变化的曲线，记为第三关系曲线。

更进一步地，本发明第一方面提供的三相并网集成充电器的电流控制方法还包括：获得开关频率的基值f_swN；

基值f_swN在电机转子直轴轴线定于A相轴线上并堵转且对集成充电器进行充放电时，使得并网电流的总谐波畸变值小于预设的畸变值阈值。

更进一步地，步骤(5)中，根据输出电压指令值得到用于驱动逆变器开关管的PWM信号时，所采用的开关频率f_sw的获取方法为：

获得转子位置角，并根据第三关系曲线获得对应的开关频率标幺值根据开关频率标幺值和基值f_swN计算开关频率f_sw为：

按照本发明的第二方面，提供了一种三相并网集成充电器的电流控制系统，该集成充电器复用电机驱动的逆变器作为双向变流器，并且复用电机绕组作为并网滤波电感，包括：电压调节量获取模块、状态反馈模块、状态观测模块、输出电压指令值获取模块以及空间矢量调制模块；

电压调节量获取模块包括锁相环、坐标变换单元以及调节单元；锁相环的输入端用于接收三相电压e_abc，锁相环用于根据三相电压e_abc得到电网相位角θ_e；坐标变换单元的第一输入端用于接收三相电流i_abc，坐标变换单元的第二输入端用于接收三相电压e_abc，坐标变换单元的第三输入端连接至锁相环的输出端，坐标变换单元用户根据电网相位角θ_e将三相电流i_abc和三相电压e_abc分别转换至两相同步坐标系以得到电流i_dq和电压e_dq；调节单元的第一输入端连接至坐标变换单元的第一输出端，调节单元的第二输入端用于接收电流指令值调节单元用于根据电流指令值对电流i_dq进行负反馈计算和PI调节计算，从而得到得到电压调节量v_dq；

状态反馈模块的第一输入端连接至锁相环的输出端，状态反馈模块的第二输入端连接至坐标变换单元的第一输出端，状态反馈模块的第三输入端连接至调节单元的输出端，状态反馈模块的第四输入端用于接收转子位置角θ_r，状态反馈模块用于根据电网相位角θ_e和转子位置角θ_r的角度差以及电机参数对电流i_dq和电压调节量v_dq进行坐标变换和增益放大，以得到补偿前的输出电压指令值u_αβ；

状态观测模块的第一输入端连接至坐标变换单元的第二输出端，状态观测模块的第二输入端连接至输出电压指令值获取模块的输出端，状态观测模块用于根据电压e_dq和逆变器当前的输出电压指令值预测两相静止坐标系下的电网电流，并根据预测电流和实际电流之间的误差得到电压补偿量r_αβ；

输出电压指令值获取模块的坐标变换单元的第二输出端，输出电压指令值获取模块的第二输入端连接至状态反馈模块的输出端，输出电压指令值获取模块的第三输入端连接至状态观测模块的输出端，输出电压指令值获取模块用于将电压e_dq转换至两相静止坐标系下以得到电压e_αβ，将电压e_αβ加至输出电压指令值u_αβ，并利用电压补偿量r_αβ对输出电压指令值u_αβ进行补偿，从而得到逆变器的输出电压指令值

空间矢量调制模块的输入端连接至输出电压指令值获取模块的输出端，空间矢量调制模块用于根据输出电压指令值得到用于驱动逆变器开关管的PWM信号，实现对三相并网集成充电器的电流控制；

输出电压指令值u_αβ用于解除三相控制电压与三相输出电流之间的耦合关系，使得任意一相控制电压能够单独控制对应项的电流；电压补偿量r_αβ用于补偿输出电压指令值u_αβ中由于电机参数导致的误差。

进一步地，本发明第二方面提供的三相并网集成充电器的电流控制系统，还包括开关频率获取模块；

开关频率获取模块的输入端用于接收转子位置角θ_r，开关频率获取模块的输出端连接至空间矢量调制模块的频率输入端，开关频率获取模块用于根据转子位置角θ_r得到开关频率f_sw，以使得空间矢量调制模块根据输出电压指令值和开关频率f_sw得到用于驱动逆变器开关管的PWM信号。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

(1)本发明所提供的三相并网充电器的电流控制方法，在进行电流控制时，会对逆变器的输出电压指令进行两方面的补偿，一方面，对电流i_dq和电压调节量v_dq进行坐标变换和增益放大，得到补偿前的输出电压指令值u_αβ；另一方面，根据电压e_dq和逆变器当前的输出电压指令值预测两相静止坐标系下的电网电流，并根据预测电流和实际电流之间的误差得到电压补偿量r_αβ；通过输出电压指令值u_αβ的补偿能够解除三相控制电压与三相输出电流之间的耦合关系，使得任意一相控制电压能够单独控制对应项的电流；通过电压补偿量r_αβ的补偿能够补偿电机参数导致的误差，因此，经过这两方面的补偿，本发明所提供的三相并网充电器的电流控制方法能够实现控制电压与输出电流的完全解耦控制，从而在稳态时保证三相并网电流的平衡，也即实现三相并网集成充电器充放电功率的平稳，并且在进行电流控制的过程中不涉及正负序分量的分离，不会影响暂态响应速度。

(2)本发明所提供的三相并网充电器的电流控制方法，在根据逆变器的输出电压指令值得到用于驱动开关管的PWM信号时，会根据转子位置角获得开关频率，而不是利用固定的开关频率，由此能够在保证并网电流质量的前提下降低逆变器的开关损耗，提升充电系统的整体效率。

附图说明

图1为现有的三相并网集成充电器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的三相并网集成充电器的电流控制方法流程；

图3为本发明实施例提供的状态反馈计算示意图；

图4为本发明实施例提供的状态观测计算示意图；

图5为本发明实施例提供的开关频率获取方法示意图；

图6为本发明实施例提供的三相并网集成充电器的电流控制系统示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在详细解释本发明的技术方案之前，先对三相并网集成充电器的结构进行简要介绍。现有的三相并网集成充电器的结构如图1所示，三相并网集成充电器包括高压电池、前级双向DC/DC变换器、直流母线电容、双向变流器、内置式永磁同步电动机、三相开关控制盒以及三相电网接口所组成，控制系统包括电网电压锁相环，以及电流控制器。在电机驱动工况下，三相开关控制盒将开关切换至使其接口短接的位置；在并网充放电工况下，三相开关控制盒将开关切换至三相电网接口。图1所示集成充电器的特点是：复用电机驱动的逆变器作为双向变流器，并且复用电机绕组作为并网滤波电感，由此使得整体电能变换系统的体积小、重量轻且成本较低。

本发明所提供的三相并网集成充电器的电流控制方法及控制系统中，三相并网集成充电器均采用上述结构，即复用电机驱动的逆变器作为双向变流器，并且复用电机绕组作为并网滤波电感。

在本发明的第一方法实施例中，本发明所提供的三相并网集成充电器的电流控制方法，如图2所示，包括如下步骤：

(1)分别获得三相并网系统的在两相同步坐标系下的电流i_dq和电压e_dq，并根据电流i_dq和两相同步坐标系下的电流指令值得到电压调节量v_dq；

在一个可选的实施方式中，步骤(1)具体包括：

获得三相并网系统的三相电流i_abc和三相电压e_abc；

根据三相电压e_abc得到电网相位角θ_e，并根据电网相位角分别将三相电流和三相电压转换至两相同步坐标系下，从而得到电流i_dq和电压e_dq；

根据电流指令值对电流i_dq进行负反馈计算和PI调节计算，从而得到得到电压调节量v_dq；

(2)根据电机参数对电流i_dq和电压调节量v_dq进行坐标变换和增益放大，以得到补偿前的输出电压指令值u_αβ；输出电压指令值u_αβ用于解除三相控制电压与三相输出电流之间的耦合关系，使得任意一相控制电压能够单独控制对应项的电流；

在一个可选的实施方式中，如图3所示，步骤(2)具体包括：

根据转子位置角和电网相位角的角度差将电流i_dq和电压调节量v_dq分别转换至两相静止坐标系，从而得到电网电压的α轴分量v_α和β轴分量v_β，以及电网电流的α轴分量i_α和β轴分量i_β；

分别以L_α和L_β为增益放大系数对α轴分量v_α和β轴分量v_β进行增益放大，并分别以λ₁₁＝-mL_α+R_s和λ₂₂＝-mL_β+R_s为增益放大系数对α轴分量i_α和β轴分量i_β进行增益放大；将增益放大后的α轴分量相加以得到补偿前的α轴输出电压指令值u_α，并将增益放大后的β轴分量相加以得到补偿前的β轴输出电压指令值u_β，从而得到输出电压指令值u_αβ；

其中，L_α为电机直轴同步电感，L_β为电机交轴同步电感，R_s为电机绕组电阻，m为预设系数；m的取值大小影响着系统的鲁棒性和抗干扰性，取值越大则鲁棒性越强而抗干扰性越差，m的具体取值根据系统的控制需求设定；

经过上述坐标变换和增益放大，得到的输出电压指令值u_α＝L_α·v_α-mL_α·i_α+R_s·i_α；输出电压指令值u_β＝L_β·v_β-mL_β·i_β+R_s·i_β；

在集成充电器中，由于内置式永磁电机凸极性的存在，三相电流之间存在着交叉耦合，该耦合体现的形式是由于三相绕组间互感感应出的电动势，这使得某一相输出电压在引起对应相电流变化的同时还会引起其他两相电流的变化，也即相电流会同时受到三相输出电压的影响，而无法由对应相电压进行单独控制；本发明通过在输出电压指令值u_αβ中其他两相电流感应出的互感电动势，使得输出电压中出去两个互感电动势以外的电压，即v_α和v_β，能够单独控制对应相电流，从而解除三相控制电压与三相输出电流之间的耦合关系；

(3)根据电压e_dq和逆变器当前的输出电压指令值预测两相静止坐标系下的电网电流，并根据预测电流和实际电流之间的误差得到电压补偿量r_αβ；电压补偿量r_αβ用于补偿输出电压指令值u_αβ中由于电机参数导致的误差；

在一个可选的实施方式中，如图4所示，步骤(3)具体包括：

根据电机直轴同步电感L_α、电机交轴同步电感L_β、电机绕组电阻R_s和转子位置角θ_r建立电机的电流模型和状态观测矩阵；

通过Park反变换将电压e_dq转换至两相静止坐标系下，从而得到电压e_αβ；

以电压e_αβ和输出电压指令值为输入，利用电流模型预测两相静止坐标系下的电网电流

利用状态观测矩阵对电流和实际电流i_αβ之间的误差Δi_αβ进行增益放大，从而得到电压补偿量r_αβ；

状态观测矩阵为二阶方阵，其中第一行第一列元素为电机直轴同步电感的整数倍，第二行第二列元素为电机交轴同步电感的整数倍，且其余元素均为0；

由于状态反馈方法中的放大系数与电机参数有关，而因为电机参数的摄动性，状态反馈中的参数与实际存在误差，使得无法完全实现调节量与输出电流之间的解耦，所述状态观测器可计算出实际系统与预测系统之间的残差，将该残差作为补偿量加至状态反馈输出的控制量上，可实现调节量与输出电流之间的完全解耦；

在另一个可选的实施方式中，步骤(3)还包括：根据电压补偿量r_αβ调整电流模型，以提高电流模型的预测精度，使得最终预测电流与实际电流无差；

(4)将电压e_dq转换至两相静止坐标系下以得到电压e_αβ，将电压e_αβ加至输出电压指令值u_αβ，以增强对电网电压的康扰动性，并利用电压补偿量r_αβ对输出电压指令值u_αβ进行补偿，以补偿输出电压指令值u_αβ中由于电机参数导致的误差，从而得到逆变器的输出电压指令值

(5)根据输出电压指令值得到用于驱动逆变器开关管的PWM信号，实现对三相并网集成充电器的电流控制。

在本发明的第二方法实施例中，本发明所提供的三相并网集成充电器的电流控制方法与本发明的第一方法实施例类似，不同之处在于，除去上述步骤外，在本发明的第二方法实施例中，本发明所提供的三相并网集成充电器的电流控制方法还包括：获得开关频率标幺值随转子位置角变化的曲线的步骤，以及获得开关频率的基值f_swN的步骤；

获得开关频率标幺值随转子位置角变化的曲线的步骤包括：

获得电机的同步电感及电阻参数，并由此得到平均电感和二次谐波电感幅值；

根据三相等效电感与平均电感、二次谐波幅值以及转子位置角的关系得到三相等效电感随为直角变化的曲线，记为第一关系曲线；

根据电感与三相电流纹波的关系以及第一关系曲线得到三相电流纹波标幺值随转子位置角变化的曲线，记为第二关系曲线；

根据第二关系曲线获得任一转子位置角所对应的各相电流纹波标幺值中的最大值，记为开关频率标幺值，从而得到开关频率标幺值随转子位置角变化的曲线，记为第三关系曲线；

基值f_swN在电机转子直轴轴线定于A相轴线上并堵转且对集成充电器进行充放电时，使得并网电流的总谐波畸变值小于预设的畸变值阈值。

在本实施例中，基于所获得的第三关系曲线和基值f_swN，如图5所示，步骤(5)中，根据输出电压指令值得到用于驱动逆变器开关管的PWM信号时，所采用的开关频率f_sw的获取方法为：

获得转子位置角，并根据第三关系曲线获得对应的开关频率标幺值根据开关频率标幺值和基值f_swN计算开关频率f_sw为：

在本发明的第一系统实施例中，本发明还提供了一种三相并网集成充电器的电流控制系统，如图6所示，包括：电压调节量获取模块、状态反馈模块、状态观测模块、输出电压指令值获取模块以及空间矢量调制模块；

电压调节量获取模块包括锁相环、坐标变换单元以及调节单元；锁相环的输入端用于接收三相电压e_abc，锁相环用于根据三相电压e_abc得到电网相位角θ_e；坐标变换单元的第一输入端用于接收三相电流i_abc，坐标变换单元的第二输入端用于接收三相电压e_abc，坐标变换单元的第三输入端连接至锁相环的输出端，坐标变换单元用户根据电网相位角θ_e将三相电流i_abc和三相电压e_abc分别转换至两相同步坐标系以得到电流i_dq和电压e_dq；调节单元的第一输入端连接至坐标变换单元的第一输出端，调节单元的第二输入端用于接收电流指令值调节单元用于根据电流指令值对电流i_dq进行负反馈计算和PI调节计算，从而得到得到电压调节量v_dq；

状态反馈模块的第一输入端连接至锁相环的输出端，状态反馈模块的第二输入端连接至坐标变换单元的第一输出端，状态反馈模块的第三输入端连接至调节单元的输出端，状态反馈模块的第四输入端用于接收转子位置角θ_r，状态反馈模块用于根据电网相位角θ_e和转子位置角θ_r的角度差以及电机参数对电流i_dq和电压调节量v_dq进行坐标变换和增益放大，以得到补偿前的输出电压指令值u_αβ；

状态观测模块的第一输入端连接至坐标变换单元的第二输出端，状态观测模块的第二输入端连接至输出电压指令值获取模块的输出端，状态观测模块用于根据电压e_dq和逆变器当前的输出电压指令值预测两相静止坐标系下的电网电流，并根据预测电流和实际电流之间的误差得到电压补偿量r_αβ；

输出电压指令值获取模块的坐标变换单元的第二输出端，输出电压指令值获取模块的第二输入端连接至状态反馈模块的输出端，输出电压指令值获取模块的第三输入端连接至状态观测模块的输出端，输出电压指令值获取模块用于将电压e_dq转换至两相静止坐标系下以得到电压e_αβ，将所述电压e_αβ加至所述输出电压指令值u_αβ，并利用所述电压补偿量r_αβ对所述输出电压指令值u_αβ进行补偿，从而得到逆变器的输出电压指令值

空间矢量调制模块的输入端连接至输出电压指令值获取模块的输出端，空间矢量调制模块用于根据输出电压指令值得到用于驱动逆变器开关管的PWM信号，实现对三相并网集成充电器的电流控制；

输出电压指令值u_αβ用于解除三相控制电压与三相输出电流之间的耦合关系，使得任意一相控制电压能够单独控制对应项的电流；电压补偿量r_αβ用于补偿输出电压指令值u_αβ中由于电机参数导致的误差。

在本发明的第二系统实施例中，本发明所提供的三相并网集成充电器的电流控制系统与本发明第一系统实施例类似，不同之处在于，除去上述结构外，本发明第二系统实施例所提供的三相并网集成充电器的电流控制系统还包括开关频率获取模块；

开关频率获取模块的输入端用于接收转子位置角θ_r，开关频率获取模块的输出端连接至空间矢量调制模块的频率输入端，开关频率获取模块用于根据转子位置角θ_r得到开关频率f_sw，以使得空间矢量调制模块根据输出电压指令值和开关频率f_sw得到用于驱动逆变器开关管的PWM信号。

本发明的第一及第二系统实施例中，各模块的具体实施方式可参考以上方法实施例中的描述，在此不再复述。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三相并网集成充电器的电流控制方法，所述集成充电器复用电机驱动的逆变器作为双向变流器，并且复用电机绕组作为并网滤波电感，其特征在于，包括如下步骤：

(1)分别获得三相并网系统的在两相同步坐标系下的电流i_dq和电压e_dq，并根据所述电流i_dq和两相同步坐标系下的电流指令值得到电压调节量v_dq；

(2)根据电机参数对所述电流i_dq和所述电压调节量v_dq进行坐标变换和增益放大，以得到补偿前的输出电压指令值u_αβ；所述输出电压指令值u_αβ用于解除三相控制电压与三相输出电流之间的耦合关系，使得任意一相控制电压能够独立控制对应相的电流；

(3)根据所述电压e_dq和逆变器当前的输出电压指令值得到电压补偿量r_αβ；所述电压补偿量r_αβ用于补偿所述输出电压指令值u_αβ中电机参数导致的误差；

(4)将所述电压e_dq转换至两相静止坐标系下以得到电压e_αβ，将所述电压e_αβ加至所述所述输出电压指令值u_αβ，并利用所述电压补偿量r_αβ对所述输出电压指令值u_αβ进行补偿，从而得到逆变器的输出电压指令值

(5)根据所述输出电压指令值得到用于驱动逆变器开关管的PWM信号，实现对所述集成充电器的电流控制。

2.如权利要求1所述的三相并网集成充电器的电流控制方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：

获得三相并网系统的三相电流i_abc和三相电压e_abc；

根据所述三相电压e_abc得到电网相位角θ_e，并根据所述电网相位角分别将所述三相电流和所述三相电压转换至两相同步坐标系下，从而得到所述电流i_dq和所述电压e_dq；

根据所述电流指令值对所述电流i_dq进行负反馈计算和PI调节计算，从而得到所述得到电压调节量v_dq。

3.如权利要求1或2所述的三相并网集成充电器的电流控制方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：

根据转子位置角和电网相位角的角度差将所述电流i_dq和所述电压调节量v_dq分别转换至两相静止坐标系，从而得到电网电压的α轴分量v_α和β轴分量v_β，以及电网电流的α轴分量i_α和β轴分量i_β；

分别以L_α和L_β为增益放大系数对所述α轴分量v_α和所述β轴分量v_β进行增益放大，并分别以λ₁₁＝-mL_α+R_s和λ₂₂＝-mL_β+R_s为增益放大系数对所述α轴分量i_α和所述β轴分量i_β进行增益放大；将增益放大后的α轴分量相加以得到补偿前的α轴输出电压指令值，并将增益放大后的β轴分量相加以得到补偿前的β轴输出电压指令值，从而得到所述输出电压指令值u_αβ；

其中，L_α为电机直轴同步电感，L_β为电机交轴同步电感，R_s为电机绕组电阻，m为预设系数。

4.如权利要求1或2所述的三相并网集成充电器的电流控制方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：

根据电机直轴同步电感、电机交轴同步电感、电机绕组电阻和转子位置角建立电机的电流模型和状态观测矩阵；

通过Park反变换将所述电压e_dq转换至两相静止坐标系下，从而得到电压e_αβ；

以所述电压e_αβ和所述输出电压指令值为输入，利用所述电流模型预测两相静止坐标系下的电网电流

利用所述状态观测矩阵对所述电流和实际电流i_αβ之间的误差Δi_αβ进行增益放大，从而得到所述电压补偿量r_αβ；

所述状态观测矩阵为二阶方阵，其中第一行第一列元素为所述电机直轴同步电感的整数倍，第二行第二列元素为所述电机交轴同步电感的整数倍，且其余元素均为0。

5.如权利要求4所述的三相并网集成充电器的电流控制方法，其特征在于，所述步骤(3)还包括：根据所述电压补偿量r_αβ调整所述电流模型。

6.如权利要求1或2所述的三相并网集成充电器的电流控制方法，其特征在于，还包括：

获得电机的同步电感及电阻参数，并由此得到平均电感和二次谐波电感幅值；

根据三相等效电感与平均电感、二次谐波幅值以及转子位置角的关系得到三相等效电感随为直角变化的曲线，记为第一关系曲线；

根据电感与三相电流纹波的关系以及所述第一关系曲线得到三相电流纹波标幺值随转子位置角变化的曲线，记为第二关系曲线；

根据所述第二关系曲线获得任一转子位置角所对应的各相电流纹波标幺值中的最大值，记为开关频率标幺值，从而得到开关频率标幺值随转子位置角变化的曲线，记为第三关系曲线。

7.如权利要求6所述的三相并网集成充电器的电流控制方法，其特征在于，还包括：获得开关频率的基值f_swN；

所述基值f_swN在电机转子直轴轴线定于A相轴线上并堵转且对集成充电器进行充放电时，使得并网电流的总谐波畸变值小于预设的畸变值阈值。

8.如权利要求7所述三相并网集成充电器的电流控制方法，其特征在于，所述步骤(5)中，根据所述输出电压指令值得到用于驱动逆变器开关管的PWM信号时，所采用的开关频率f_sw的获取方法为：

获得转子位置角，并根据所述第三关系曲线获得对应的开关频率幺值根据所述开关频率标幺值和所述基值f_swN计算所述开关频率f_sw为：

9.一种三相并网集成充电器的电流控制系统，所述集成充电器复用电机驱动的逆变器作为双向变流器，并且复用电机绕组作为并网滤波电感，其特征在于，包括：电压调节量获取模块、状态反馈模块、状态观测模块、输出电压指令值获取模块以及空间矢量调制模块；

所述电压调节量获取模块包括锁相环、坐标变换单元以及调节单元；所述锁相环的输入端用于接收三相电压e_abc，所述锁相环用于根据所述三相电压e_abc得到电网相位角θ_e；所述坐标变换单元的第一输入端用于接收三相电流i_abc，所述坐标变换单元的第二输入端用于接收所述三相电压e_abc，所述坐标变换单元的第三输入端连接至所述锁相环的输出端，所述坐标变换单元用户根据所述所述电网相位角θ_e将所述三相电流i_abc和所述三相电压e_abc分别转换至两相同步坐标系以得到电流i_dq和电压e_dq；所述调节单元的第一输入端连接至所述坐标变换单元的第一输出端，所述调节单元的第二输入端用于接收电流指令值所述调节单元用于根据所述电流指令值对所述电流i_dq进行负反馈计算和PI调节计算，从而得到所述得到电压调节量v_dq；

所述状态反馈模块的第一输入端连接至所述锁相环的输出端，所述状态反馈模块的第二输入端连接至所述坐标变换单元的第一输出端，所述状态反馈模块的第三输入端连接至所述调节单元的输出端，所述状态反馈模块的第四输入端用于接收转子位置角θ_r，所述状态反馈模块用于根据所述电网相位角θ_e和所述转子位置角θ_r的差值以及电机参数对所述电流i_dq和所述电压调节量v_dq进行坐标变换和增益放大，从而得到补偿前的输出电压指令值u_αβ；

所述状态观测模块的第一输入端连接至所述坐标变换单元的输出端，所述状态观测模块的第二输入端连接至所述输出电压指令值获取模块的输出端，所述状态观测模块用于根据所述电压e_dq和逆变器当前的输出电压指令值预测两相静止坐标系下的电网电流，并根据预测电流和实际电流之间的误差得到电压补偿量r_αβ；

所述输出电压指令值获取模块的坐标变换单元的输出端，所述输出电压指令值获取模块的第二输入端连接至所述状态反馈模块的输出端，所述输出电压指令值获取模块的第三输入端连接至所述状态观测模块的输出端，所述输出电压指令值获取模块用于将所述电压e_dq转换至两相静止坐标系下以得到电压e_αβ，将所述电压e_αβ加至所述输出电压指令值u_αβ，并利用所述电压补偿量r_αβ对所述输出电压指令值u_αβ进行补偿，从而得到逆变器的输出电压指令值

所述空间矢量调制模块的输入端连接至所述输出电压指令值获取模块的输出端，所述空间矢量调制模块用于根据所述输出电压指令值得到用于驱动逆变器开关管的PWM信号，实现对所述集成充电器的电流控制；

所述输出电压指令值u_αβ用于解除三相控制电压与三相输出电流之间的耦合关系，使得任意一相控制电压能够单独控制对应项的电流；所述电压补偿量r_αβ用于补偿所述输出电压指令值u_αβ中由于电机参数导致的误差。

10.如权利要求9所述的三相并网集成充电器的电流控制系统，其特征在于，还包括开关频率获取模块；

所述开关频率获取模块的输入端用于接收所述转子位置角θ_r，所述开关频率获取模块的输出端连接至所述空间矢量调制模块的频率输入端，所述开关频率获取模块用于根据所述转子位置角θ_r得到开关频率f_sw，以使得所述空间矢量调制模块根据所述输出电压指令值和所述开关频率f_sw得到用于驱动逆变器开关管的PWM信号。