CN113612428B - 应用于飞轮储能的电机驱动器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于飞轮储能的电机驱动器及控制方法，涉及电力电子的技术领域，包括：第一多相逆变桥、第二多相逆变桥和控制单元；其中，第一多相逆变桥和第二多相逆变桥并联连接，第二多相逆变桥的开关频率高于第一多相逆变桥的开关频率，且第二多相逆变桥的额定电流小于第一多相逆变桥的额定电流；当控制单元接收到充电阶段或放电阶段的控制信号时，控制单元控制第一多相逆变桥工作；当目标电机的转速达到目标转速时电机驱动器进入待机阶段，控制单元控制第二多相逆变桥工作。本发明通过控制第一多相逆变桥、第二多相逆变器在不同阶段工作的方式，能够满足充电、放电阶段的大电流需求，也能够达到待机阶段低损耗要求。

Description

应用于飞轮储能的电机驱动器及控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其是涉及一种应用于飞轮储能的电机驱动器及控制方法。

背景技术

现有的飞轮储能系统在工作过程中存在三个阶段：充电阶段、待机阶段和放电阶段，并且在上述三个阶段中的特点是：在充电、放电阶段，工作时间很短，电机和驱动器的电流很大；在待机阶段，电机和驱动器的工作电流很小，但是持续时间比较长。

现有的电机驱动器，通常采用两电平的IGBT（Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管）逆变桥来进行充电、放电及待机三个阶段的电机控制。由于IGBT逆变桥中的IGBT器件开关损耗相对较大，不能支持很高的开关频率，这使得待机阶段驱动器的损耗较大，降低了飞轮储能系统的效率。如果采用基于碳化硅器件的逆变桥，那么可以大幅降低待机阶段驱动器的损耗，但是目前碳化硅器件的额定电流较小、成本较高，无法达到充电、放电阶段的大电流需求。因此现有的电机驱动器无法平衡充电、放电阶段的大电流需求和待机阶段低损耗要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于飞轮储能的电机驱动器及控制方法，以缓解现有技术中存在的现有的电机驱动器无法平衡充电、放电阶段的大电流需求和待机阶段低损耗要求的技术问题。

第一方面，本发明提供的一种应用于飞轮储能的电机驱动器，其中，包括：第一多相逆变桥、第二多相逆变桥和控制单元；其中，所述第二多相逆变桥的开关频率高于所述第一多相逆变桥的开关频率，且所述第二多相逆变桥的额定电流小于所述第一多相逆变桥的额定电流；所述第一多相逆变桥和所述第二多相逆变桥并联连接，所述第一多相逆变桥的输出端和所述第二多相逆变桥的输出端均与目标电机相连，所述第一多相逆变桥的控制端和所述第二多相逆变桥的控制端均与所述控制单元相连；所述控制单元接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号和目标信息；其中，所述目标阶段为充电阶段和放电阶段中的任一种；所述目标信息为充电阶段目标电机的目标转速和放电阶段所述电机驱动器的直流侧目标电压；当所述控制单元接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号为充电阶段的控制信号时，所述控制单元根据所述目标转速确定所述电机驱动器的第一目标输出电流；所述控制单元通过向所述第一多相逆变桥发送第一PWM驱动信号的方式控制所述第一多相逆变桥工作，以使所述第一多相逆变桥的实际输出电流达到所述第一目标输出电流；当所述目标电机的转速达到所述目标转速时，所述电机驱动器进入待机阶段，所述控制单元停止向所述第一多相逆变桥发送所述第一PWM驱动信号，并通过向所述第二多相逆变桥发送第二PWM驱动信号的方式控制所述第二多相逆变桥工作，以使所述第二多相逆变桥的实际输出电流达到第二目标输出电流；其中，所述第二目标输出电流小于所述第一目标输出电流；所述第二目标输出电流用于使得所述目标电机的转速维持在所述目标转速；当所述控制单元接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号为放电阶段的控制信号时，所述控制单元根据所述直流侧目标电压确定所述电机驱动器的第三目标输出电流；所述控制单元停止向所述第二多相逆变桥发送所述第二PWM驱动信号，并通过向所述第一多相逆变桥发送第三PWM驱动信号的方式控制所述第一多相逆变桥工作，以使所述第一多相逆变桥的实际输出电流达到所述第三目标输出电流；所述第三目标输出电流大于所述第二目标输出电流。

进一步的，所述电机驱动器，还包括：直流环节电容和电压传感器；所述第一多相逆变桥的正输入端和所述第二多相逆变桥的正输入端均与所述直流环节电容的输入端连接，所述第一多相逆变桥的负输入端和所述第二多相逆变桥的负输入端均与所述直流环节电容的输出端连接，所述直流环节电容的两端作为所述电机驱动器的直流侧与目标电能变换器相连，所述电压传感器与所述直流环节电容并联连接；所述电压传感器，用于检测所述直流环节电容的实际电压，并将所述直流环节电容的实际电压作为所述电机驱动器的直流侧实际电压发送至所述控制单元。

进一步的，当所述目标电机为三相电机时，所述第一多相逆变桥为第一三相逆变桥，所述第二多相逆变桥为第二三相逆变桥。

进一步的，所述第一三相逆变桥包括：第一三相电流传感器。

进一步的，所述第二三相逆变桥包括：第二三相电流传感器；其中，所述第二三相电流传感器的量程小于所述第一三相电流传感器的量程。

第二方面，本发明提供的一种应用于飞轮储能的电机驱动器的控制方法，其中，应用于如第一方面所述的电机驱动器中的控制单元，包括：接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号和目标信息；其中，所述目标阶段为充电阶段和放电阶段中的任一种；所述目标信息为充电阶段目标电机的目标转速和放电阶段所述电机驱动器的直流侧目标电压；当所述控制单元接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号为充电阶段的控制信号时，根据所述目标转速确定所述电机驱动器的第一目标输出电流；通过向所述第一多相逆变桥发送第一PWM驱动信号的方式控制所述第一多相逆变桥工作，以使所述第一多相逆变桥的实际输出电流达到所述第一目标输出电流；当所述目标电机的转速达到所述目标转速时，所述电机驱动器进入待机阶段，停止向所述第一多相逆变桥发送所述第一PWM驱动信号，并通过向所述第二多相逆变桥发送第二PWM驱动信号的方式控制所述第二多相逆变桥工作，以使所述第二多相逆变桥的实际输出电流达到第二目标输出电流；其中，所述第二目标输出电流小于所述第一目标输出电流；所述第二目标输出电流用于使得所述目标电机的转速维持在所述目标转速；当所述控制单元接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号为放电阶段的控制信号时，根据所述直流侧目标电压确定所述电机驱动器的第三目标输出电流；停止向所述第二多相逆变桥发送所述第二PWM驱动信号，并通过向所述第一多相逆变桥发送第三PWM驱动信号的方式控制所述第一多相逆变桥工作，以使所述第一多相逆变桥的实际输出电流达到所述第三目标输出电流；所述第三目标输出电流大于所述第二目标输出电流。

第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现的所述的电机驱动器的控制方法的步骤。

第四方面，本发明还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码使所述处理器执行所述的电机驱动器的控制方法。

本发明提供的一种应用于飞轮储能的电机驱动器及控制方法，包括：第一多相逆变桥、第二多相逆变桥和控制单元；其中，第二多相逆变桥的开关频率高于第一多相逆变桥的开关频率，且第二多相逆变桥的额定电流小于第一多相逆变桥的额定电流；第一多相逆变桥和第二多相逆变桥并联连接，当控制单元接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号为充电阶段的控制信号时，控制单元控制第一多相逆变桥工作，以使第一多相逆变桥的实际输出电流达到第一目标输出电流；当所述目标电机的转速达到所述目标转速时，电机驱动器进入待机阶段，控制单元控制第二多相逆变桥工作，以使第二多相逆变桥的实际输出电流达到第二目标输出电流，目标电机的转速维持在目标转速；当控制单元接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号为放电阶段的控制信号时，控制单元控制第一多相逆变桥工作，以使第一多相逆变桥的实际输出电流达到第三目标输出电流。本发明通过采用第一多相逆变桥和第二多相逆变桥并联连接的方式，可以控制大功率、低开关频率的第一多相逆变桥在充电、放电阶段工作，小功率、高开关频率的第二多相逆变器在待机阶段工作，在满足充电、放电阶段的大电流需求的同时，还能够达到待机阶段低损耗要求，因此能够适应不同工况下的需求。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为飞轮储能系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种应用于飞轮储能的电机驱动器的结构示意图；

图3为第一三相逆变桥的结构示意图；

图4为第二三相逆变桥的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种应用于飞轮储能的电机驱动器的控制方法的流程图。

图标：

1-第一多相逆变桥；2-第二多相逆变桥；3-控制单元；4-直流环节电容；5-电压传感器；6-第一三相电流传感器；7-第二三相电流传感器；8-IGBT；9-碳化硅器件。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

飞轮储能系统是一种机电能量转换的储能装置，利用电机带动飞轮高速旋转，在需要的时候再用飞轮带动电机发电。相比于化学电池储能等方式，飞轮储能方式具有瞬时充放电功率大、寿命长等优点，因此在电网调频、不间断电源等领域有着良好的应用前景。

如图1所示，飞轮储能系统主要包括电能变换器、电机驱动器、电机、飞轮四个部分。电能变换器实现电源能量和直流侧能量的相互转换，如果电源本身就是直流，则电能变换器不是必须的。电机驱动器控制电机电动或发电，用于实现直流侧能量和电机侧能量的交换；电机用于实现电能和机械能的转换，而飞轮用来存储机械动能。

飞轮储能系统在工作过程中存在三个阶段：充电、待机和放电。在充电时，电源提供的电能通过电能变换器并经电机驱动器控制电机工作在电动模式，电机带动飞轮转动以完成电能到机械能的转换，飞轮以动能的形式能够将能量储存在高速旋转的飞轮体中。为了尽快完成充电，充电阶段的持续时间应尽量短，因此电机和电机驱动器的工作电流较大。充电结束之后进入待机阶段，为了补偿由于摩擦、电磁损耗造成的飞轮转速下降，电机驱动器需要提供一个很小的电流来维持飞轮的转速，电流大小通常只有充电、放电阶段所需电流的1%甚至更小。当接收到放电阶段的控制信号后进入放电阶段，电机驱动器控制电机工作于发电模式，高速旋转的飞轮拖动电机发电，将机械动能转化成直流侧的电能，再经电能变换器回馈到电源。飞轮储能系统的最大特点是：充放电功率大，因此放电过程时间很短。通过以上描述可知，飞轮储能系统在以上三个工作阶段的特点是：在充电、放电阶段，工作时间很短，电机和电机驱动器所需的工作电流很大；在待机阶段，电机和电机驱动器所需的工作电流很小，但是持续时间比较长。

为了提高飞轮储能系统的整体效率，并减小电机的散热难度，可以考虑通过减少待机阶段损耗来实现。待机阶段损耗主要来自三方面：第一部分是机械轴系产生的损耗，包括风摩损耗、机械轴承摩擦损耗或电磁轴承的转子铁损耗；第二部分是电机定转子的损耗，这部分损耗与待机电流的谐波大小密切相关，谐波越大，电机损耗越大，通过提高电机驱动器的开关频率能降低电机电流的谐波，从而降低电机损耗；第三部分是电机驱动器的损耗，这部分损耗与电机驱动器逆变桥所采用的拓扑结构、开关器件的类型有关，并随开关频率的增加而增大。飞轮的额定工作转速通常都很高，要求电机驱动器的输出频率很高。若电机驱动器的开关频率太低，则驱动器输出的电流谐波较大且电机损耗较大；若提高开关频率，则电机驱动器的损耗又会增加。

目前，飞轮储能系统的电机驱动器，通常采用两电平的IGBT逆变桥来进行充电、放电及待机三个阶段的电机控制。IGBT逆变桥中的IGBT器件开关损耗相对较大，不能支持很高的开关频率，这使得待机阶段电机驱动器和电机的损耗较大，降低了飞轮储能系统的效率。若改用三电平的IGBT逆变桥代替两电平的IGBT逆变桥，则在一定程度上能够提高等效开关频率，降低待机阶段驱动器和电机损耗，提高整体效率。但是三电平所用器件数量为两电平的三倍，大大增加了成本和体积，并且对整体效率提升有限。碳化硅器件SiC Mosfet是一种新型功率半导体器件，相比于传统的IGBT器件，碳化硅器件的开关损耗大大降低，可支持的开关频率大大提升。若采用基于碳化硅器件的逆变桥，则可大幅降低待机阶段驱动器和电机损耗。但是目前碳化硅器件的额定电流还较小，成本较高，与IGBT器件同电流水平的碳化硅器件成本是IGBT器件的6-10倍，因此基于碳化硅器件的逆变桥应用于充放电阶段具有成本高的弊端。

同时，由于电流采样回路是按照能采样充电、放电阶段的最大电流去设计的，而在待机阶段逆变器输出的电流很小，因此利用与充放电阶段相同的电流传感器对电流进行采样具有精度低的缺陷，进而影响控制算法的效果，会降低电流波形的质量和飞轮转速控制的精度。

基于此，本发明的目的在于提供一种应用于飞轮储能的电机驱动器及控制方法，通过采用第一多相逆变桥和第二多相逆变桥并联连接的方式，可以控制大功率、低开关频率的第一多相逆变桥在充电、放电阶段工作，小功率、高开关频率的第二多相逆变器在待机阶段工作，在满足充电、放电阶段的大电流需求的同时，还能够达到待机阶段低损耗要求，因此能够适应不同工况下的需求。本发明中的第一多相逆变桥和第二多相逆变桥分别对应各自的电流传感器，在充电、放电阶段使用大量程的电流传感器，在待机阶段使用小量程的电流传感器，能够在各个阶段满足电流采样的量程和精度要求，因此可以提高控制算法的效果，进而提高电流波形的质量和飞轮转速控制的精度。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种应用于飞轮储能的电机驱动器进行详细描述。

实施例1：

图2为本发明实施例提供的一种应用于飞轮储能的电机驱动器的结构示意图。如图2所示，该应用于飞轮储能的电机驱动器（以下简称为电机驱动器）可以包括以下单元：第一多相逆变桥1、第二多相逆变桥2和控制单元3；其中，第二多相逆变桥2的开关频率高于第一多相逆变桥1的开关频率，且第二多相逆变桥2的额定电流小于第一多相逆变桥1的额定电流。三者之间的连接关系如下：第一多相逆变桥1和第二多相逆变桥2并联连接，第一多相逆变桥1的输出端和第二多相逆变桥2的输出端均与目标电机相连，第一多相逆变桥1的控制端和第二多相逆变桥2的控制端均与控制单元3相连。本发明实施例对该应用于飞轮储能的电机驱动器的工作过程进行如下分析：

控制单元3接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号和目标信息；其中，目标阶段为充电阶段和放电阶段中的任一种；目标信息为充电阶段目标电机的目标转速和放电阶段电机驱动器的直流侧目标电压；当控制单元3接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号为充电阶段的控制信号时，控制单元3根据目标转速确定电机驱动器的第一目标输出电流；控制单元3通过向第一多相逆变桥1发送第一PWM驱动信号的方式控制第一多相逆变桥1工作，以使第一多相逆变桥1的实际输出电流（或称为第一多相逆变桥1的电流采样信号）达到第一目标输出电流，第一目标输出电流用于使得目标电机的转速达到上述目标转速；当目标电机的转速达到目标转速时，电机驱动器进入待机阶段，控制单元3停止向第一多相逆变桥1发送第一PWM驱动信号，并通过向第二多相逆变桥2发送第二PWM驱动信号的方式控制第二多相逆变桥2工作，以使第二多相逆变桥2的实际输出电流（或称为第二多相逆变桥2的电流采样信号）达到第二目标输出电流；其中，第二目标输出电流小于第一目标输出电流；第二目标输出电流用于使得目标电机的转速维持在目标转速；当控制单元3接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号为放电阶段的控制信号时，控制单元3根据直流侧目标电压确定电机驱动器的第三目标输出电流；控制单元3停止向第二多相逆变桥2发送第二PWM驱动信号，并通过向第一多相逆变桥1发送第三PWM驱动信号的方式控制第一多相逆变桥1工作，以使第一多相逆变桥1的实际输出电流达到第三目标输出电流；第三目标输出电流大于第二目标输出电流；第三目标输出电流用于使得电机驱动器的直流侧电压达到上述直流侧目标电压。

本申请中的飞轮储能系统包括：电源、目标电能变换器、电机驱动器、目标电机和飞轮。其中，飞轮的转速与目标电机的转速一致，电机驱动器的输出电流与目标电机的定子电流一致，并且目标电机的转速大小取决于目标电机的电磁转矩，而电磁转矩的大小，由目标电机的定子电流决定，因此控制目标电机的转速即为控制电机驱动器的输出电流。也就是说，在给定目标电机的目标转速之后，本申请可以根据目标转速来确定电机驱动器的目标输出电流，而在充电阶段，只有第一多相逆变桥1在工作，因此电机驱动器的目标输出电流即为第一多相逆变桥1的第一目标输出电流。同理，在待机阶段，由于只有第二多相逆变桥2工作，因此维持目标电机的转速即为控制第二多相逆变桥2的实际输出电流达到第二目标输出电流，第二目标输出电流用于使得目标电机的转速维持在上述目标转速。

在不同阶段，上述各个PWM驱动信号的作用不同。具体的，第一PWM驱动信号的作用是控制第一多相逆变桥1工作，以使目标电机或飞轮达到目标转速，第二PWM驱动信号的作用是控制第二多相逆变桥2工作，以使目标电机的实际转速维持到目标转速，而第三PWM驱动信号的作用是控制第一多相逆变桥1工作，以使直流环节电容4的实际电压达到直流侧目标电压。而上述三种PWM驱动信号的生成过程是现有技术，因此本发明实施例对此不再详述。

在图2中，从左往右对控制单元3上方的各个箭头进行如下分析：第一个箭头表示：将第二多相逆变桥2的实际输出电流上传至控制单元3，第二个箭头表示：将第一多相逆变桥1的实际输出电流上传至控制单元3，第三个箭头表示：向第一多相逆变桥1发送第一PWM驱动信号或第三PWM驱动信号，第四个箭头表示：向第二多相逆变桥2发送第二PWM驱动信号。从左往右对控制单元3下方的两个箭头进行如下分析：下方左侧的箭头表示：控制单元3接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号和目标信息，下方右侧的箭头表示：向外界上位机传输该电机驱动器的运行状态信息，该运行状态信息包括但不限于：直流环节电容4的实际电压、第一多相逆变桥1的实际输出电流、第二多相逆变桥2的实际输出电流、目标电机的定子电流、目标电机或飞轮的实际转速。

通过上述描述可知，本发明实施例提出了一种应用于飞轮储能的电机驱动器的拓扑结构以及相应地控制方式，能够平衡充电、放电过程中大电流需求和待机阶段中低损耗需求，且不会明显增加系统的成本和体积。

在一个可选的实施例中，如图2所示，应用于飞轮储能的电机驱动器还包括：直流环节电容4和电压传感器5；其中，第一多相逆变桥1的正输入端和第二多相逆变桥2的正输入端均与直流环节电容4的输入端连接，第一多相逆变桥1的负输入端和第二多相逆变桥2的负输入端均与直流环节电容4的输出端连接，直流环节电容4的两端作为应用于飞轮储能的电机驱动器的直流侧与目标电能变换器相连，电压传感器5与直流环节电容4并联连接；电压传感器5，用于检测直流环节电容4的实际电压，并将直流环节电容4的实际电压作为电机驱动器的直流侧实际电压发送至控制单元3。

在一个可选的实施例中，当目标电机为三相电机时，第一多相逆变桥1为第一三相逆变桥，第二多相逆变桥2为第二三相逆变桥。如图3所示，第一三相逆变桥包括第一三相电流传感器6，以及由六个IGBT8构成的三相桥式结构。如图4所示，第二三相逆变桥包括第二三相电流传感器7，以及由六个碳化硅器件9构成的三相桥式结构。需要注意的是，第二三相电流传感器7的量程小于所述第一三相电流传感器6的量程。

上述第一三相逆变桥（或称为第一三相逆变器）的特点是选用成本相对较低，额定电流相对较大的功率半导体器件，其电流传感器量程相对较大。上述第二三相逆变桥（或称为第二三相逆变器）的特点是选用支持开关频率较高、开关损耗较低，额定电流相对较小的功率半导体器件，或可以支持高开关频率、低开关损耗的逆变桥拓扑，其电流传感器量程相对较小。

上述第一三相逆变桥可以称为逆变桥A，上述第二三相逆变桥可以称为逆变桥B。上述逆变桥A和逆变桥B均为三相逆变桥，这是因为通常采用的是三相电机。如目标电机采用其他多相电机，则相应的逆变桥也为其他多相逆变桥。逆变桥A为采用大功率IGBT器件的三相逆变桥，而逆变桥B可以为采用碳化硅器件的三相逆变器。另外，逆变桥B也可以替换为基于IGBT器件的多电平三相逆变桥。由于多电平三相逆变桥可以提高等效开关频率，降低开关损耗，因此其效果与采用碳化硅器件类似。

在图3中，从左往右对两个箭头进行如下分析：左侧的箭头表示：向第一三相逆变桥发送第一PWM驱动信号或第三PWM驱动信号，右侧的箭头表示：将第一三相逆变桥的实际输出电流上传至控制单元3。

本发明实施例将第一三相电流传感器6安装在逆变桥A的交流输出端，该第一三相电流传感器6用于将第一三相逆变桥的实际输出电流（或称为第一测量信号）输出至控制单元3，以使控制单元3将第一PWM驱动信号或第三PWM驱动信号发送至第一三相逆变桥中各个IGBT的门极。需要注意的是，IGBT器件的额定电流、第一三相电流传感器6的量程可以按照满足充电、放电过程最大电流来选取。由于IGBT器件发展的比较成熟，其额定电流较大，成本相对较低，因此该逆变桥A能够充分利用IGBT器件额定电流水平高、成本低的优势。

在图4中，从左往右对两个箭头进行如下分析：左侧的箭头表示：向第二三相逆变桥发送第二PWM驱动信号，右侧的箭头表示：将第二三相逆变桥的实际输出电流上传至控制单元3。

本发明实施例将第二三相电流传感器7安装在逆变桥B的交流输出端，该第二三相电流传感器7用于将第二三相逆变桥的实际输出电流（或称为第二测量信号）输出至控制单元3，以使控制单元3将第二PWM驱动信号发送至第二三相逆变桥中各个碳化硅器件开关的栅极。需要注意的是，碳化硅器件的额定电流以及第二三相电流传感器7的量程可以按照待机阶段中维持目标电机或飞轮转速的需求来选定，因为飞轮自放电率一般为1%或更小，因此逆变桥B中碳化硅器件的额定电流和第二三相电流传感器7的量程均是逆变桥A的1%左右，因此选择第一三相电流传感器6对逆变桥B进行测量不再适合，选用更小量程的第二三相电流传感器7可以提高采样精度。该逆变桥B能够充分利用碳化硅器件开关损耗小，支持开关频率高的优点。本发明实施例通过比第一三相电流传感器6量程小的第二三相电流传感器7的测量功能，能够克服待机阶段中电流采样精度下降的问题。

综上所述，电机驱动器的控制方法如下：在充电阶段中，控制单元3关闭逆变桥B的所有驱动信号，控制逆变桥A工作，控制所需电流信息采用逆变桥A输出的三相电流值。该充电阶段以控制目标电机的实际转速达到目标转速为目标，该目标电机的实际转速达到预定转速（即上目标转速）自动进入待机阶段。在充电阶段中，虽然逆变桥A的IGBT开关频率相对较低，电流谐波较大，但是由于充电阶段持续时间较短，且输出频率是逐步升高的，并非一直处于高频，因此并不会显著影响系统效率，也不会增加目标电机的散热负担。

在待机阶段中，控制单元3关闭逆变桥A的所有驱动信号，控制逆变桥B工作，控制所需的电流信息采用逆变桥B输出的三相电流值。该待机阶段的控制目标依然是维持目标电机的目标转速。在待机阶段中，飞轮始终工作在最高转速，电机驱动器需要输出频率较高，但是电流非常小的逆变桥。因此利用逆变桥B的高开关频率和低开关损耗，能够大幅度降低目标电机绕组中电流谐波，减小电机驱动器和目标电机的损耗，解决电机发热问题，提高整体效率。

在放电阶段，控制单元3关闭逆变桥B的所有驱动信号，控制逆变桥A工作，控制所需的电流信息采用逆变桥A输出的三相电流值。该放电阶段以控制电机驱动器的直流侧实际电压达到直流侧目标电压为目标。在放电的过程中，虽然逆变桥A的IGBT开关频率相对较低，电流谐波较大，但是由于放电过程持续时间较短，且输出频率是逐渐降低的并非一直处于高频，因此不会显著影响系统效率，也不会增加目标电机的散热负担。

本发明实施例通过两个逆变桥并联的方式，在充电和放电阶段控制逆变桥A工作，充分利用了IGBT额定电流大、成本低的优点；在待机阶段控制逆变桥B工作，充分利用了碳化硅器件开关损耗低、开关频率高的优点，有效降低了待机损耗。此外，由于逆变桥B的额定电流很小，因此所增加的成本也少。由于逆变桥A和逆变桥B分别带有各自的电流传感器，因此在充电、放电阶段，使用逆变桥A大量程的电流传感器，在待机阶段使用逆变桥B小量程的电流传感器，使得各个阶段都能满足电流采样的量程和精度要求。也就是说，在待机阶段小电流的工况下，电流采样精度仍然很高，电流波形的质量高，谐波含量低，转速控制精度高。

实施例2：

根据本发明实施例，提供了一种应用于飞轮储能的电机驱动器的控制方法的实施例，该方法应用于上述实施例1中的控制单元，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图5为本发明实施例提供的一种应用于飞轮储能的电机驱动器的控制方法的流程图。如图5所示，该方法包括如下步骤S101~步骤S104：

步骤S101，接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号和目标信息。其中，目标阶段为充电阶段和放电阶段中的任一种；目标信息为充电阶段目标电机的目标转速和放电阶段电机驱动器的直流侧目标电压。

步骤S102，若目标阶段为充电阶段，则根据目标转速控制第一多相逆变桥工作。具体的，当控制单元接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号为充电阶段的控制信号时，根据目标转速确定电机驱动器的第一目标输出电流；通过向第一多相逆变桥发送第一PWM驱动信号的方式控制第一多相逆变桥工作，以使第一多相逆变桥的实际输出电流达到第一目标输出电流。

步骤S103，若目标阶段为放电阶段，则根据直流侧目标电压控制第一多相逆变桥工作。具体的，当控制单元接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号为放电阶段的控制信号时，根据直流侧目标电压确定电机驱动器的第三目标输出电流；停止向第二多相逆变桥发送第二PWM驱动信号，并通过向第一多相逆变桥发送第三PWM驱动信号的方式控制第一多相逆变桥工作，以使第一多相逆变桥的实际输出电流达到第三目标输出电流。在放电阶段结束后，控制单元等待接收下一个控制信号，即等待接收充电阶段的控制信号和充电阶段目标电机的目标转速。

步骤S104，在充电阶段结束后进入待机阶段，并控制第二多相逆变桥工作。具体的，当目标电机的转速达到目标转速时，电机驱动器进入待机阶段，停止向第一多相逆变桥发送第一PWM驱动信号，并通过向第二多相逆变桥发送第二PWM驱动信号的方式控制第二多相逆变桥2工作，以使第二多相逆变桥2的实际输出电流达到第二目标输出电流；其中，第二目标输出电流小于第一目标输出电流；第二目标输出电流小于第三目标输出电流；第二目标输出电流用于使得目标电机的转速维持在目标转速。

本发明实施例通过采用第一多相逆变桥1和第二多相逆变桥2并联连接的方式，可以控制大功率、低开关频率的第一多相逆变桥1在充电、放电阶段工作，小功率、高开关频率的第二多相逆变器在待机阶段工作，在满足充电、放电阶段的大电流需求的同时，还能够达到待机阶段低损耗要求，因此能够适应不同工况下的需求。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的流程，可以参考前述产品实施例中各个模块的具体工作过程，在此不再赘述。

在一个可选的实施例中，本实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例方法的步骤。

在一个可选的实施例中，本实施例还提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码使所述处理器执行上述方法实施例方法。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种应用于飞轮储能的电机驱动器，其特征在于，包括：第一多相逆变桥、第二多相逆变桥和控制单元；其中，所述第二多相逆变桥的开关频率高于所述第一多相逆变桥的开关频率，且所述第二多相逆变桥的额定电流小于所述第一多相逆变桥的额定电流；

所述第一多相逆变桥和所述第二多相逆变桥并联连接，所述第一多相逆变桥的输出端和所述第二多相逆变桥的输出端均与目标电机相连，所述第一多相逆变桥的控制端和所述第二多相逆变桥的控制端均与所述控制单元相连；

所述控制单元接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号和目标信息；其中，所述目标阶段为充电阶段和放电阶段中的任一种；所述目标信息为充电阶段目标电机的目标转速和放电阶段所述电机驱动器的直流侧目标电压；

当所述控制单元接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号为充电阶段的控制信号时，所述控制单元根据所述目标转速确定所述电机驱动器的第一目标输出电流；所述控制单元通过向所述第一多相逆变桥发送第一PWM驱动信号的方式控制所述第一多相逆变桥工作，以使所述第一多相逆变桥的实际输出电流达到所述第一目标输出电流；

当所述目标电机的转速达到所述目标转速时，所述电机驱动器进入待机阶段，所述控制单元停止向所述第一多相逆变桥发送所述第一PWM驱动信号，并通过向所述第二多相逆变桥发送第二PWM驱动信号的方式控制所述第二多相逆变桥工作，以使所述第二多相逆变桥的实际输出电流达到第二目标输出电流；其中，所述第二目标输出电流小于所述第一目标输出电流；所述第二目标输出电流用于使得所述目标电机的转速维持在所述目标转速；

当所述控制单元接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号为放电阶段的控制信号时，所述控制单元根据所述直流侧目标电压确定所述电机驱动器的第三目标输出电流；所述控制单元停止向所述第二多相逆变桥发送所述第二PWM驱动信号，并通过向所述第一多相逆变桥发送第三PWM驱动信号的方式控制所述第一多相逆变桥工作，以使所述第一多相逆变桥的实际输出电流达到所述第三目标输出电流；所述第三目标输出电流大于所述第二目标输出电流。

2.根据权利要求1所述的电机驱动器，其特征在于，还包括：直流环节电容和电压传感器；

所述第一多相逆变桥的正输入端和所述第二多相逆变桥的正输入端均与所述直流环节电容的输入端连接，所述第一多相逆变桥的负输入端和所述第二多相逆变桥的负输入端均与所述直流环节电容的输出端连接，所述直流环节电容的两端作为所述电机驱动器的直流侧与目标电能变换器相连，所述电压传感器与所述直流环节电容并联连接；

所述电压传感器，用于检测所述直流环节电容的实际电压，并将所述直流环节电容的实际电压作为所述电机驱动器的直流侧实际电压发送至所述控制单元。

3.根据权利要求2所述的电机驱动器，其特征在于，当所述目标电机为三相电机时，所述第一多相逆变桥为第一三相逆变桥，所述第二多相逆变桥为第二三相逆变桥。

4.根据权利要求3所述的电机驱动器，其特征在于，所述第一三相逆变桥包括：第一三相电流传感器。

5.根据权利要求4所述的电机驱动器，其特征在于，所述第二三相逆变桥包括：第二三相电流传感器；其中，所述第二三相电流传感器的量程小于所述第一三相电流传感器的量程。

6.一种应用于飞轮储能的电机驱动器的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1~5任一项所述的电机驱动器中的控制单元，包括：

接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号和目标信息；其中，所述目标阶段为充电阶段和放电阶段中的任一种；所述目标信息为充电阶段目标电机的目标转速和放电阶段所述电机驱动器的直流侧目标电压；

当所述控制单元接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号为充电阶段的控制信号时，根据所述目标转速确定所述电机驱动器的第一目标输出电流；通过向所述第一多相逆变桥发送第一PWM驱动信号的方式控制所述第一多相逆变桥工作，以使所述第一多相逆变桥的实际输出电流达到所述第一目标输出电流；

当所述目标电机的转速达到所述目标转速时，所述电机驱动器进入待机阶段，停止向所述第一多相逆变桥发送所述第一PWM驱动信号，并通过向所述第二多相逆变桥发送第二PWM驱动信号的方式控制所述第二多相逆变桥工作，以使所述第二多相逆变桥的实际输出电流达到第二目标输出电流；其中，所述第二目标输出电流小于所述第一目标输出电流；所述第二目标输出电流用于使得所述目标电机的转速维持在所述目标转速；

当所述控制单元接收外界上位机输入的目标阶段的控制信号为放电阶段的控制信号时，根据所述直流侧目标电压确定所述电机驱动器的第三目标输出电流；停止向所述第二多相逆变桥发送所述第二PWM驱动信号，并通过向所述第一多相逆变桥发送第三PWM驱动信号的方式控制所述第一多相逆变桥工作，以使所述第一多相逆变桥的实际输出电流达到所述第三目标输出电流；所述第三目标输出电流大于所述第二目标输出电流。

7.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现如权利要求6所述的方法。

8.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行如权利要求6所述的方法。

Images