CN109501635B - 串联混合动力系统或复合电源的控制方法与装置 - Google Patents

串联混合动力系统或复合电源的控制方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及串联混合动力系统或复合电源领域，具体涉及一种串联混合动力系统或复合电源的控制方法与装置。目的在于降低成本并提高功率控制精度。本发明的控制装置包括：发电机电流参考值生成模块和发电机电流控制模块；发电机电流参考值生成模块用于根据储能元件的电流实际值与参考值，以及直流母线上的电压实际值与参考值，生成发电机的电流参考值；发电机电流控制模块用于根据发电机的电流参考值，以及发电机的任意两相电流实际值和角速度实际值，生成整流器的控制信号，从而控制串联混合动力系统或复合电源。本发明的控制方法与装置在储能元件需要接入、正常断开或紧急断开时，均能保持直流母线电压的稳定，并可防止储能元件过充电或过放电。

Description

串联混合动力系统或复合电源的控制方法与装置
技术领域
本发明涉及串联混合动力系统领域，具体涉及一种串联混合动力系统或复合电源的控制方法与装置。
背景技术
节能和环保是当前社会发展的两大突出问题，发展电气化交通是汽车、航空和船舶工业的发展趋势，然而电池的充电速度和能量密度限制了交通电气化技术的普及。串联式油电混合动力系统，可以降低燃油的消耗和污染，提高载具的续航里程，具有比电池单独供电的系统更高的能量密度、功率密度和比发电机组单独供电的系统更好的动态特性，因此在新能源汽车、船舶和多电飞机的能源动力系统中获得了广泛的应用。此外，燃气轮机发电系统和动力电池组成的复合电源也是可再生能源分布式发电常用的备用供电设备。
串联混合动力系统结构通常如图1所示，原动机1与永磁发电机2连轴运行，带动永磁发电机2发电。永磁发电机2出线端接入可控整流器3，整流器3将发电机2发出的交流电整流成直流，直流侧并联滤波电容4，储能元件7(如动力电池、超级电容和飞轮等)经过DC-DC变换器8接入直流母线，逆变器5将直流逆变成交流电驱动电动机6。原动机1不与机械系统直接连接，原动机1的全部有效能量均转化为电能供用电设备使用。串联式混合动力系统可根据工况工作在多种模式：1、纯电动运行模式，即发电机组停机，只有电池提供功率给电动机；2、纯发动机驱动模式，由发动机和发电机组成的发电单元来提供功率给电动机，电池既不吸收能量也不发出能量，从系统中切出；3、发电机和电池联合供电；4、发电机提供功率驱动电动机运行并且给电池充电。
串联混合动力系统可以使发动机工作在高效区间，燃油的经济性较高，污染物排放较小。电池起到“削峰填谷”的作用，发电机发出功率大于电动机所需功率时，以电池为主的储能元件吸收多余的功率；当发电机发出功率低于电动机需求时，电池提供这部分功率。系统工作的工况复杂多样，需要在各种工作模式之间切换，电池也要频繁地投入和切出直流母线，系统各部分之间的功率流动的控制非常重要。
现有的串联混合动力系统常将电池经DC-DC变换器并联到系统直流侧，通过变换器控制能量流入和流出电池。但是DC-DC变换器增加了系统的体积和成本，增加了传递环节降低了系统的效率，也使系统的控制更加复杂。
也有串联混合动力系统将电池直接接入直流母线，常根据负载功率控制发动机-发电机系统的输出功率间接控制电池的功率，但这种方式控制电池电流的难度较大。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种串联混合动力系统或复合电源的控制方法与装置，降低了硬件成本，而且提高了功率控制精度。
本发明的一方面，提出一种串联混合动力系统或复合电源的控制装置，包括：发电机电流参考值生成模块和发电机电流控制模块；
所述发电机电流参考值生成模块用于根据储能元件的电流实际值、所述储能元件的电流参考值、直流母线上的电压实际值和所述直流母线上的电压参考值，生成发电机的电流参考值；
所述发电机电流控制模块用于根据所述发电机的电流参考值，以及发电机的电流实际值和角速度实际值，生成串联混合动力系统或复合电源中整流器的控制信号，从而控制所述串联混合动力系统或复合电源。
优选地，所述发电机电流参考值生成模块包括：第一电流值生成单元、第二电流值生成单元和第一加法器；
所述第一电流值生成单元用于根据储能元件的电流实际值与所述储能元件的电流参考值，生成第一电流值；
所述第二电流值生成单元用于根据直流母线上的电压实际值与所述直流母线上的电压参考值，生成第二电流值；
所述第一加法器用于将所述第一电流值和所述第二电流值相加，得到所述发电机的电流参考值。
优选地，所述第一电流值生成单元包括：第一减法器和第一调节器；
所述第一减法器用于根据所述储能元件的电流实际值与所述储能元件的电流参考值，计算出所述储能元件的电流偏差；
所述第一调节器用于根据所述储能元件的电流偏差，生成所述第一电流值。
优选地，所述第二电流值生成单元包括：第一延时子单元、第二减法器和第二调节器；
所述第一延时子单元用于对所述直流母线上的电压实际值进行延时，得到所述直流母线上的电压参考值；
所述第二减法器用于根据所述直流母线上的电压实际值和所述直流母线上的电压参考值，计算出所述直流母线的电压偏差；
所述第二调节器用于根据所述直流母线的电压偏差，生成所述第二电流值。
优选地，所述发电机电流参考值生成模块包括：第一电压偏差生成单元、第二电压偏差生成单元、参考值生成单元；
所述第一电压偏差生成单元用于根据储能元件的电流实际值与所述储能元件的电流参考值，生成第一电压偏差；
所述第二电压偏差生成单元用于根据所述直流母线上的电压实际值、所述直流母线上的电压参考值，以及所述第一电压偏差，生成第二电压偏差；
所述参考值生成单元用于根据所述第二电压偏差生成所述发电机的电流参考值。
优选地，所述第一电压偏差生成单元包括：第三减法器和第三调节器；
所述第三减法器用于根据所述储能元件的电流实际值与所述储能元件的电流参考值，计算出所述储能元件的电流偏差；
所述第三调节器用于根据所述储能元件的电流偏差，生成所述第一电压偏差。
优选地，所述第二电压偏差生成单元包括：第四减法器；
所述第四减法器用于根据所述直流母线上的电压实际值与所述第一电压偏差，计算出所述第二电压偏差。
优选地，所述参考值生成单元包括：第二延时子单元、第五减法器和第四调节器；
所述第二延时子单元用于对所述直流母线上的电压实际值进行延时，得到所述直流母线上的电压参考值；
所述第五减法器用于根据所述直流母线上的电压参考值与所述第二电压偏差，计算第三电压偏差；
所述第四调节器用于根据所述第三电压偏差，生成所述发电机的电流参考值。
优选地，所述发电机电流控制模块包括：功率因数控制单元、第一坐标变换单元、第五调节器、第六调节器、第二坐标变换单元，以及空间矢量调制单元；
所述功率因数控制单元用于将所述发电机电流参考值分解成d、q坐标轴上的电流分量参考值id *和iq *，并使电流空间矢量与电压空间矢量重合，从而使得发电机的功率因数为1；
所述第一坐标变换单元用于根据发电机的实际相电流和角速度，生成d、q坐标轴上的电流分量实际值id和iq；
所述第五调节器用于根据q坐标轴上的电流分量参考值iq *与实际值iq的偏差，生成q坐标轴上的电压分量参考值uq；
所述第六调节器用于根据d坐标轴上的电流分量参考值id *与实际值id的偏差，生成d坐标轴上的电压分量参考值ud；
所述第二坐标变换单元用于根据d、q坐标轴上的电压分量参考值ud和uq，生成α、β静止坐标系下的电压参考值uα和uβ；
所述空间矢量调制单元用于根据α、β静止坐标系下的电压参考值uα和uβ进行空间矢量调制，生成所述串联混合动力系统或复合电源中整流器的控制信号，从而控制所述串联混合动力系统或复合电源。
优选地，所述第二电流值生成单元还包括：第一锁存器；
所述第一锁存器用于将所述直流母线上的电压实际值进行锁存。
优选地，所述发电机电流参考值生成单元还包括：第二锁存器；
所述第二锁存器用于将所述直流母线上的电压实际值进行锁存。
优选地，所述串联混合动力系统或复合电源包括：原动机、发电机、整流器、滤波电容、接触器、储能元件和直流母线；
所述原动机与所述发电机连轴运行，带动所述发电机进行发电；所述发电机的出线端连接所述整流器；所述整流器将所述发电机发出的交流电整流成直流电，所述整流器的输出侧连接所述直流母线；所述滤波电容并联于所述直流母线上，用于对所述整流器的输出进行滤波；所述储能元件经过所述接触器并联于所述直流母线上；所述直流母线与负载并联；
其中，所述负载为阻性负载和/或感性负载和/或恒功率负载。
优选地，所述控制装置还包括：第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器、电压互感器以及角速度传感器；
所述第一电流互感器用于实时采集所述储能元件的电流实际值；
所述第二电流互感器、所述第三电流互感器用于实时采集所述发电机的任意两相电流；
所述电压互感器用于实时采集所述直流母线上的电压实际值；
所述角速度传感器用于实时测量所述发电机的角速度。
优选地，所述控制装置还包括：控制模块；
所述控制模块用于根据预设的控制策略确定所述直流母线上的电压参考值、所述储能元件的电流参考值，并断开或闭合所述接触器。
本发明的另一方面，提出一种串联混合动力系统或复合电源的控制方法，基于上面所述的串联混合动力系统或复合电源的控制装置，所述控制方法包括：
步骤S10，根据预设的控制策略，判断所述储能元件是否需要接入所述直流母线；若需要，则转至步骤S20；否则，转至步骤S30；
步骤S20，将所述直流母线上的电压实际值进行延时后作为所述直流母线上的电压参考值，根据预设的计算方法计算出所述储能元件的电流参考值，闭合所述接触器；
步骤S30，判断是否需要紧急断开，若是则转至步骤S40，否则转至步骤S50；
步骤S40，将所述直流母线上的电压实际值进行锁存作为所述直流母线上的电压参考值，将所述储能元件的电流参考值保持不变，断开所述接触器；
步骤S50，将所述直流母线上的电压实际值进行锁存作为所述直流母线上的电压参考值，将所述储能元件的电流参考值设为0；待所述储能元件的电流实际值小于预设的电流阈值时，断开所述接触器；将所述第一调节器或所述第三调节器复位。
与最接近的现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
本发明提出的串联混合动力系统或复合电源的控制装置，采用了直流母线电压、储能元件电流和发电机电流三个负反馈闭环控制回路，直流母线电压控制环和储能元件电流控制环的输出并联产生发电机电流控制环的指令；或者储能元件电流控制环的输出与直流母线电压实际值并联作为直流母线电压控制环的反馈，再将直流母线电压控制环的输出作为发电机电流控制环的指令。本发明的控制方法和控制装置在储能元件需要接入、正常断开或紧急断开时，均能保持直流母线电压的稳定，而且可以防止储能元件的过充电或过放电。
本发明可实现对两种不同特性电源的功率闭环控制和系统工作模式、结构的自适应切换，克服了现有的串联混合动力系统或者复合电源结构复杂或者功率控制精度不高的问题。
附图说明
图1是现有技术中串联混合动力系统的结构示意图。
图2是本发明实施例中串联混合动力系统或复合电源的构成示意图；
图3是本发明的串联混合动力系统或复合电源的控制装置实施例一的构成示意图；
图4是本发明的串联混合动力系统或复合电源的控制装置实施例二的构成示意图；
图5是本发明的串联混合动力系统或复合电源的控制装置实施例二进一步细化后的构成示意图；
图6是本发明的串联混合动力系统或复合电源的控制装置实施例三的构成示意图；
图7是本发明的串联混合动力系统或复合电源的控制装置实施例三进一步细化后的构成示意图；
图8是本发明的一种串联混合动力系统或复合电源的控制方法实施例的主要步骤示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置、元件或参数的相对重要性，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明中所涉及的串联混合动力系统或复合电源，其储能元件不通过DC-DC变换器而直接与整流器的输出并联，而且储能元件电流的变化量作为调节器输入来产生发电机电流参考值，还可以防止对电池过充电或者过放电。本发明的控制装置有直流母线电压、储能元件电流和发电机电流三个反馈环节，直流母线电压控制环和电池电流控制环的输出并联产生发电机电流控制环的指令(即下文中提到的“发电机电流参考值”)；或者储能元件电流控制环的输出与测量或者辨识所得的直流母线电压实际值并联作为直流母线电压控制环的反馈，再将直流母线电压控制环的输出作为发电机电流控制环的指令。储能元件接入时，将直流母线上的电压反馈值直接作为参考值或者经过具有延迟效果的环节(如延迟、滤波、惯性或者增长斜率限制环节等)作用之后作为参考值；储能元件切出时，系统将储能元件切出前的直流母线电压锁存，作为参考值，并且储能元件切出后将储能元件电流控制环中的调节器状态复位。
图2是本发明实施例中串联混合动力系统或复合电源的构成示意图。如图2所示，串联混合动力系统或复合电源3包括：原动机31、发电机32、整流器33、滤波电容34、直流母线35、储能元件36、接触器37。
其中，原动机31(本实施例中为柴油机)与发电机32(本实施例中为永磁发电机)连轴运行，带动发电机32进行发电；发电机32的出线端连接整流器33；整流器33(本实施例中为三相全桥可控整流器，采用PWM可控整流的方法)将发电机32发出的交流电整流成直流电，整流器33的输出侧连接直流母线35；滤波电容34并联于直流母线上，用于对整流器33的输出进行滤波；储能元件36通过接触器37并联于直流母线35上；直流母线35与负载4并联；负载4可以为阻性负载(白炽灯、电阻炉、烤箱、电热水器等)和/或感性负载(如变压器、电动机等)和/或恒功率负载(如轧钢机、造纸机、各种机床等)。
图3是本发明的串联混合动力系统或复合电源的控制装置实施例一的构成示意图。如图3所示，本实施例的串联混合动力系统或复合电源的控制装置1包括：发电机电流参考值生成模块11、发电机电流控制模块12、第一电流互感器13、第二电流互感器14、第三电流互感器15、电压互感器16、角速度传感器17，以及控制模块18(图中未画出)。
其中，发电机电流参考值生成模块11用于根据储能元件36的电流实际值ibat、储能元件36的电流参考值ibat *、直流母线35上的电压实际值Udc和直流母线35上的电压参考值Udc *，生成发电机32的电流参考值is *；发电机电流控制模块12用于根据发电机32的电流参考值is *，以及发电机32任意两相的电流实际值ia、ib和角速度实际值ω，生成串联混合动力系统或复合电源中整流器33的控制信号，从而控制串联混合动力系统或复合电源；第一电流互感器13用于实时采集储能元件的电流实际值ibat；第二电流互感器14、第三电流互感器15用于实时采集发电机32上的任意两相电流ia、ib；电压互感器16用于实时采集直流母线上的电压实际值Udc；角速度传感器17用于实时测量发电机32的角速度ω；控制模块18(本实施例中为数字信号处理器)用于根据预设的控制策略确定直流母线35上的电压参考值Udc *、储能元件的电流参考值ibat *，并断开或闭合接触器37。
图4是本发明的串联混合动力系统或复合电源的控制装置实施例二的构成示意图。如图4所示，本实施例的串联混合动力系统或复合电源的控制装置1包括：发电机电流参考值生成模块11、发电机电流控制模块12、第一电流互感器13、第二电流互感器14、第三电流互感器15、电压互感器16、角速度传感器17，以及控制模块18(图中未画出)。
其中，发电机电流控制模块12、第一电流互感器13、第二电流互感器14、第三电流互感器15、电压互感器16、角速度传感器17，以及控制模块18均与图3中各模块对应相同，此处不再赘述。
本实施例中，发电机电流参考值生成模块11具体包括：第一电流值生成单元111、第二电流值生成单元112和第一加法器113。
其中，第一电流值生成单元111用于根据储能元件的电流实际值ibat与储能元件的电流参考值ibat *，生成第一电流值i1；所述第二电流值生成单元112用于根据直流母线上的电压实际值Udc与直流母线上的电压参考值Udc *，生成第二电流值i2；第一加法器113用于将第一电流值i1和第二电流值i2相加，得到发电机的电流参考值is *。
图5是本发明的串联混合动力系统或复合电源的控制装置实施例二进一步细化后的构成示意图。如图5所示，本实施例中，第一电流值生成单元111包括：第一减法器1111和第一调节器1112。
其中，第一减法器1111用于根据储能元件的电流实际值ibat与储能元件的电流参考值ibat *，计算出储能元件的电流偏差；第一调节器1112用于根据储能元件的电流偏差，生成第一电流值i1。
本实施例中，第二电流值生成单元112包括：第一延时子单元1121、第二减法器1122、第二调节器1123和第一锁存器1124；
其中，第一延时子单元1121用于对直流母线上的电压实际值进行延时，得到直流母线上的电压参考值；第二减法器1122用于根据直流母线上的电压实际值和直流母线上的电压参考值，计算出直流母线的电压偏差；第二调节器1123用于根据直流母线的电压偏差，生成第二电流值i2；第一锁存器1124用于将直流母线上的电压实际值进行锁存，本实施例中在将储能元件切出系统之前启用该锁存器，将经过第一延时子单元1121延时后的电压进行锁存。
本实施例中，发电机电流控制模块12包括：功率因数控制单元121、第一坐标变换单元122、第五调节器123、第六调节器124、第二坐标变换单元125，以及空间矢量调制单元126。
其中，功率因数控制单元121用于将发电机电流参考值分解成d、q坐标轴上的电流分量参考值id *和iq *，并使电流空间矢量与电压空间矢量重合，从而使得发电机的功率因数为1；第一坐标变换单元122用于根据发电机的实际相电流和角速度，生成d、q坐标轴上的电流分量实际值id和iq；第五调节器123用于根据q坐标轴上的电流分量参考值iq *与实际值iq的偏差，生成q坐标轴上的电压分量参考值uq；第六调节器124用于根据d坐标轴上的电流分量参考值id *与实际值id的偏差，生成d坐标轴上的电压分量参考值ud；第二坐标变换单元125用于根据d、q坐标轴上的电压分量参考值ud和uq，生成α、β静止坐标系下的电压参考值uα和uβ；空间矢量调制单元126用于根据α、β静止坐标系下的电压参考值uα和uβ进行空间矢量调制，生成串联混合动力系统或复合电源中整流器的控制信号，从而控制串联混合动力系统或复合电源。
本实施例中，发电机电流内环控制采用了单位功率因数控制，实际应用中还可以采用磁场定向控制或直接转矩控制等常见的电流环控制策略。
本实施例中，调节器均采用比例-积分(PI)调节器，并对调节器输出进行限幅。当接触器闭合时，储能元件(本实施例中为锂电池)接入直流母线，当接入运行时，利用采样或辨识得到的系统直流母线电压实际值Udc经过延时后作为直流母线电压外环的参考值Udc *，同时也利用采样或辨识得到的系统直流母线电压实际值Udc作为发电机直流母线电压外环的反馈值；利用电池可以等效为大电容的特点来钳位直流电压，维持母线电压稳定，通过发电机直流母线电压外环中的第二调节器生成第二电流值i2，并对发电机直流母线电压外环中的第二调节器输出进行限幅(也可采用带有限幅功能的调节器)；同时根据预设的控制策略确定需要电池输出的电流大小，即电池电流的参考值ibat *，利用采样或辨识得到的电池电流实际值ibat作为电池电流外环的反馈值，通过电池电流外环中的第一调节器生成第一电流值i1，并对电池电流外环中第一调节器输出进行限幅。将上述第一电流值i1、第二电流值i2相加后，得到发电机电流参考值is *，作为发电机电流控制模块的控制指令，直流母线电压可以保持稳定并且电池电流精确可控。
需要将电池断开(或切出)时，先将当前实时采集到的直流母线电压值Udc锁存作为直流母线电压的参考值Udc *，再将电池电流控制环的参考值ibat *设为零，电池电流实际值ibat会迅速下降，等到降低到一定范围内(即小于预设的电流阈值)时，断开接触器将电池切出，此时直流母线电压仍然可以保持稳定。
紧急状态(如电池管理系统报警电池故障)时，也可以检测接触器的状态变化或触发信号，将电压传感器采集的直流母线电压Udc锁存作为直流母线电压的参考值Udc *，不改变电池电流的参考值ibat *，直接关断接触器，使电池退出系统，直流母线电压仍可以保持稳定。
图6是本发明的串联混合动力系统或复合电源的控制装置实施例三的构成示意图。如图6所示，本实施例的串联混合动力系统或复合电源的控制装置2包括：发电机电流参考值生成模块21、发电机电流控制模块22、第一电流互感器23、第二电流互感器24、第三电流互感器25、电压互感器26、角速度传感器27，以及控制模块28(图中未画出)
其中，发电机电流控制模块22、第一电流互感器23、第二电流互感器24、第三电流互感器25、电压互感器26、角速度传感器27，以及控制模块28均与图4中各模块或器件的功能对应相同，此处不再赘述。
与图4不同的是，本实施例中发电机电流参考值生成模块21包括：第一电压偏差生成单元211、第二电压偏差生成单元212、参考值生成单元213。
其中，第一电压偏差生成单元211用于根据储能元件的电流实际值ibat与储能元件的电流参考值ibat *，生成第一电压偏差△Udc；第二电压偏差生成单元212用于根据直流母线上的电压实际值Udc、直流母线上的电压参考值Udc *，以及第一电压偏差△Udc，生成第二电压偏差△Udc′；参考值生成单元213用于根据第二电压偏差△Udc′生成发电机的电流参考值is *。
图7是本发明的串联混合动力系统或复合电源的控制装置实施例三进一步细化后的构成示意图。如图7所示，本实施例中，第一电压偏差生成单元211包括：第三减法器2111和第三调节器2112。
其中，第三减法器2111用于根据储能元件的电流实际值ibat与储能元件的电流参考值ibat *，计算出储能元件的电流偏差；第三调节器2112用于根据储能元件的电流偏差，生成第一电压偏差△Udc。
本实施例中，第二电压偏差生成单元212包括：第四减法器2121。第四减法器用于根据直流母线上的电压实际值Udc与第一电压偏差△Udc，计算出第二电压偏差△Udc′。
本实施例中，参考值生成单元213包括：第二延时子单元2131、第五减法器2132、第四调节器2133、第二锁存器2134；
其中，第二延时子单元2131用于对实时采集的直流母线上的电压实际值Udc进行延时，得到直流母线上的电压参考值Udc *；第五减法器2132用于根据直流母线上的电压参考值Udc *与第二电压偏差△Udc′，计算第三电压偏差；第四调节器2133用于根据第三电压偏差，生成发电机的电流参考值is *；第二锁存器2134用于将直流母线上的电压实际值Udc进行锁存，本实施例中在将储能元件切出系统之前启用该锁存器，将经过第二延时子单元2131延时后的电压进行锁存。
本实施例中，储能元件为锂电池，直流母线电压外环调节器、电池电流调节器和发电机电流内环调节器仍然采用比例-积分(PI)调节器，并对调节器输出进行限幅。
当接触器闭合时，锂电池接入直流母线，直流母线电压实际值Udc由电压互感器测量得到。控制模块根据预设的控制策略(根据系统状态和功率需求)计算电池电流的参考值ibat *，电池电流的实际值为电流互感器采集的电流信号。第三调节器的输出(即第一电压偏差△Udc)和直流母线电压实际值Udc并联输出(即第二电压偏差△Udc′)作为直流母线电压控制环的反馈，实时采集的直流母线电压实际值Udc经过延时作用之后作为参考值Udc *。此时，直流母线电压可以稳定并且功率分配精确可控。
需要将电池切出时，先将当前直流母线电压值锁存，再将电池电流控制环的参考值ibat *设为零，电池电流ibat会迅速下降，等到降低到一定范围内(即小于预设的电流阈值)时，断开接触器将电池切出，此时直流母线电压仍然可以稳定。
紧急状态下，也可以检测接触器的状态变化或触发信号，将电压传感器采集的电压信号锁存作为直流母线电压外环的参考值，不改变电池电流的参考值，直接关断接触器，使电池退出系统。直流母线电压仍可以保持稳定。
基于与上述串联混合动力系统或复合电源的控制装置相同的技术构思，本发明还提出一种串联混合动力系统或复合电源的控制方法。
图8是本发明的一种串联混合动力系统或复合电源的控制方法实施例的主要步骤示意图。如图8所示，本实施例的控制方法包括以下步骤：
步骤S10，根据预设的控制策略，判断储能元件是否需要接入直流母线；若需要，则转至步骤S20；否则，转至步骤S30；
步骤S20，将直流母线上的电压实际值进行延时后作为直流母线上的电压参考值，根据预设的计算方法计算出储能元件的电流参考值，闭合接触器；
步骤S30，判断是否需要紧急断开，若是则转至步骤S40，否则转至步骤S50；
步骤S40，将直流母线上的电压实际值进行锁存作为直流母线上的电压参考值，将储能元件的电流参考值保持不变，断开接触器；
步骤S50，将直流母线上的电压实际值进行锁存作为直流母线上的电压参考值，将储能元件的电流参考值设为0；待储能元件的电流实际值小于预设的电流阈值时，断开接触器；将第一调节器或第三调节器复位(当采用图5的控制装置时将第一调节器复位，当采用图7的控制装置时将第三调节器复位)。
上述实施例中虽然将各个步骤按照上述先后次序的方式进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本实施例的效果，不同的步骤之间不必按照这样的次序执行，其可以同时(并行)执行或以颠倒的次序执行，这些简单的变化都在本发明的保护范围之内。
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种串联混合动力系统或复合电源的控制装置，其特征在于，包括：发电机电流参考值生成模块和发电机电流控制模块；
所述发电机电流参考值生成模块用于根据储能元件的电流实际值、所述储能元件的电流参考值、直流母线上的电压实际值和所述直流母线上的电压参考值，生成发电机的电流参考值；
所述发电机电流控制模块用于根据所述发电机的电流参考值，以及发电机的电流实际值和角速度实际值，生成串联混合动力系统或复合电源中整流器的控制信号，从而控制所述串联混合动力系统或复合电源。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述发电机电流参考值生成模块包括：第一电流值生成单元、第二电流值生成单元和第一加法器；
所述第一电流值生成单元用于根据储能元件的电流实际值与所述储能元件的电流参考值，生成第一电流值；
所述第二电流值生成单元用于根据直流母线上的电压实际值与所述直流母线上的电压参考值，生成第二电流值；
所述第一加法器用于将所述第一电流值和所述第二电流值相加，得到所述发电机的电流参考值。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述第一电流值生成单元包括：第一减法器和第一调节器；
所述第一减法器用于根据所述储能元件的电流实际值与所述储能元件的电流参考值，计算出所述储能元件的电流偏差；
所述第一调节器用于根据所述储能元件的电流偏差，生成所述第一电流值。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述第二电流值生成单元包括：第一延时子单元、第二减法器和第二调节器；
所述第一延时子单元用于对所述直流母线上的电压实际值进行延时，得到所述直流母线上的电压参考值；
所述第二减法器用于根据所述直流母线上的电压实际值和所述直流母线上的电压参考值，计算出所述直流母线的电压偏差；
所述第二调节器用于根据所述直流母线的电压偏差，生成所述第二电流值。
5.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述发电机电流参考值生成模块包括：第一电压偏差生成单元、第二电压偏差生成单元、参考值生成单元；
所述第一电压偏差生成单元用于根据储能元件的电流实际值与所述储能元件的电流参考值，生成第一电压偏差；
所述第二电压偏差生成单元用于根据所述直流母线上的电压实际值、所述直流母线上的电压参考值，以及所述第一电压偏差，生成第二电压偏差；
所述参考值生成单元用于根据所述第二电压偏差生成所述发电机的电流参考值。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述第一电压偏差生成单元包括：第三减法器和第三调节器；
所述第三减法器用于根据所述储能元件的电流实际值与所述储能元件的电流参考值，计算出所述储能元件的电流偏差；
所述第三调节器用于根据所述储能元件的电流偏差，生成所述第一电压偏差。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述第二电压偏差生成单元包括：第四减法器；
所述第四减法器用于根据所述直流母线上的电压实际值与所述第一电压偏差，计算出所述第二电压偏差。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述参考值生成单元包括：第二延时子单元、第五减法器和第四调节器；
所述第二延时子单元用于对所述直流母线上的电压实际值进行延时，得到所述直流母线上的电压参考值；
所述第五减法器用于根据所述直流母线上的电压参考值与所述第二电压偏差，计算第三电压偏差；
所述第四调节器用于根据所述第三电压偏差，生成所述发电机的电流参考值。
9.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述发电机电流控制模块包括：功率因数控制单元、第一坐标变换单元、第五调节器、第六调节器、第二坐标变换单元，以及空间矢量调制单元；
所述功率因数控制单元用于将所述发电机电流参考值分解成d、q坐标轴上的电流分量参考值id *和iq *，并使电流空间矢量与电压空间矢量重合，从而使得发电机的功率因数为1；
所述第一坐标变换单元用于根据发电机的实际相电流和角速度，生成d、q坐标轴上的电流分量实际值id和iq；
所述第五调节器用于根据q坐标轴上的电流分量参考值iq *与实际值iq的偏差，生成q坐标轴上的电压分量参考值uq；
所述第六调节器用于根据d坐标轴上的电流分量参考值id *与实际值id的偏差，生成d坐标轴上的电压分量参考值ud；
所述第二坐标变换单元用于根据d、q坐标轴上的电压分量参考值ud和uq，生成α、β静止坐标系下的电压参考值uα和uβ；
所述空间矢量调制单元用于根据α、β静止坐标系下的电压参考值uα和uβ进行空间矢量调制，生成所述串联混合动力系统或复合电源中整流器的控制信号，从而控制所述串联混合动力系统或复合电源。
10.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述第二电流值生成单元还包括：第一锁存器；
所述第一锁存器用于将所述直流母线上的电压实际值进行锁存。
11.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述参考值生成单元还包括：第二锁存器；
所述第二锁存器用于将所述直流母线上的电压实际值进行锁存。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述串联混合动力系统或复合电源包括：原动机、发电机、整流器、滤波电容、接触器、储能元件和直流母线；
所述原动机与所述发电机连轴运行，带动所述发电机进行发电；所述发电机的出线端连接所述整流器；所述整流器将所述发电机发出的交流电整流成直流电，所述整流器的输出侧连接所述直流母线；所述滤波电容并联于所述直流母线上，用于对所述整流器的输出进行滤波；所述储能元件经过所述接触器并联于所述直流母线上；所述直流母线与负载并联；
其中，所述负载为阻性负载和/或感性负载和/或恒功率负载。
13.根据权利要求12所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器、电压互感器以及角速度传感器；
所述第一电流互感器用于实时采集所述储能元件的电流实际值；
所述第二电流互感器、所述第三电流互感器用于实时采集所述发电机的任意两相电流；
所述电压互感器用于实时采集所述直流母线上的电压实际值；
所述角速度传感器用于实时测量所述发电机的角速度。
14.根据权利要求13所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：控制模块；
所述控制模块用于根据预设的控制策略确定所述直流母线上的电压参考值、所述储能元件的电流参考值，并断开或闭合所述接触器。
15.一种串联混合动力系统或复合电源的控制方法，其特征在于，基于当引用权利要求3或4时权利要求12所述的串联混合动力系统或复合电源的控制装置，所述控制方法包括：
步骤S10，根据预设的控制策略，判断所述储能元件是否需要接入所述直流母线；若需要，则转至步骤S20；否则，转至步骤S30；
步骤S20，将所述直流母线上的电压实际值进行延时后作为所述直流母线上的电压参考值，根据预设的计算方法计算出所述储能元件的电流参考值，闭合所述接触器；
步骤S30，判断是否需要紧急断开，若是则转至步骤S40，否则转至步骤S50；
步骤S40，将所述直流母线上的电压实际值进行锁存作为所述直流母线上的电压参考值，将所述储能元件的电流参考值保持不变，断开所述接触器；
步骤S50，将所述直流母线上的电压实际值进行锁存作为所述直流母线上的电压参考值，将所述储能元件的电流参考值设为0；待所述储能元件的电流实际值小于预设的电流阈值时，断开所述接触器；将所述第一调节器复位。
16.一种串联混合动力系统或复合电源的控制方法，其特征在于，基于当引用权利要求6至8中任一项时权利要求12所述的串联混合动力系统或复合电源的控制装置，所述控制方法包括：
步骤S10，根据预设的控制策略，判断所述储能元件是否需要接入所述直流母线；若需要，则转至步骤S20；否则，转至步骤S30；
步骤S20，将所述直流母线上的电压实际值进行延时后作为所述直流母线上的电压参考值，根据预设的计算方法计算出所述储能元件的电流参考值，闭合所述接触器；
步骤S30，判断是否需要紧急断开，若是则转至步骤S40，否则转至步骤S50；
步骤S40，将所述直流母线上的电压实际值进行锁存作为所述直流母线上的电压参考值，将所述储能元件的电流参考值保持不变，断开所述接触器；
步骤S50，将所述直流母线上的电压实际值进行锁存作为所述直流母线上的电压参考值，将所述储能元件的电流参考值设为0；待所述储能元件的电流实际值小于预设的电流阈值时，断开所述接触器；将所述第三调节器复位。
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