複合電源與雙三相電機集成系統控制策略研究

《複合電源與雙三相電機集成系統控制策略研究》是依託浙江大學，由胡斯登擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：複合電源與雙三相電機集成系統控制策略研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：胡斯登
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

為了提高電動汽車的性能與集成度，基於分離式直流母線雙三相電機驅動系統框架，本項目重點研究複合電源（超級電容/電池）與雙三相電機集成系統控制策略的幾個關鍵方面：①針對控制系統補償網路設計困難的問題，研究不同工況下雙定子側以及轉子側三者之間狀態變數的耦合關係，探索利用電機構成“虛擬母線”實現集成系統多連線埠運行的機理。在此基礎上研究複合電源電壓波動的影響及預測方法，提高轉矩與電源能量管理的動態性能；②研究定子繞組功率不平衡情況對雙三相電機運行與控制的影響，同時針對超級電容容量有限與長時間運行之間的矛盾，提出勵磁電流與轉矩電流的最佳化分配決策機制，提高系統效率與複雜工況適應能力。③提出綜合逆變器、電機與複合電源的多層次容錯控制，研究故障情況下不平衡能量的控制方法，降低器件應力，提高系統可靠性。本項目的研究將有效改善複合電源與雙三相電機集成系統控制性能，為電動汽車動力系統的研究提供新思路。

結題摘要

本項目研究以面向複合儲能的雙三相電機為研究對象，重點研究了其不平衡狀態下的運行方式及特點，並進一步研究了綜合儲能能量管理與電機驅動等功能的高性能控制策略。 為了分析面向複合儲能的雙三相電機運行機理，通過矢量圖的方式對如何利用雙逆變器控制兩套定子繞組，並使其分別工作在發電機模式或電動機模式的核心問題進行了研究。完成了從能量流動的角度對電機驅動、能量回饋等功能的實現與轉換規律的重新解構。 本項目針對複合儲能造成的不平衡狀態下的繞組間耦合問題，建立了適用於非平衡運行狀態分析的分離母線式雙三相電機模型，刻畫出在雙定子側電流不等時兩套定子繞組間的耦合特徵，在完成不平衡狀態下的解耦研究中起到了關鍵作用。 針對定子電流諧波問題在不平衡狀態下的情況，首先通過電機模型分析了定子電流5次、7次諧波的分布規律。基於該分析，在電流控制中加入設計的比例積分諧振控制器，實現了對電流諧波的抑制，為確保系統高能量轉換效率發揮了重要作用。 在此基礎上，本研究結合超級電容和電池的元件特性，採用分頻協同控制發揮混合儲能系統能力，無需輔助變換器即可以實現超級電容和電池分別提供高頻和低頻功率回響的控制效果，為複合儲能系統控制的研究提供了重要途徑。 最後，為了將前述研究成果套用於更廣的領域，本項目以阻抗源變換器為例對電力電子系統與複合儲能的集成研究進行了探索。研究表明集成後系統不僅保留變換器可升壓、抗直通的優點，還可以解決無源元件尺寸大、器件電流應力高等問題，對電力電子與複合儲能系統的集成工作有重要啟發。 總體而言，通過三年的研究工作，本項目在突破現有新能源汽車驅動器的功能框架，探索驅動器“虛擬交流母線”的能量管理能力方面取得了預期的研究成果。實現了從功能複合化的視角重構驅動器控制方法的關鍵突破，研究成果為複合功能驅動器的工程實用化和電動汽車的設計集成化奠定基礎，也為探索新一代車載動力系統提供可供參考的技術基礎和創新思維準備。