空间向量脉宽调制技术在混合电力汽车中的应用

1.功率控制

功率控制模块根据电动机功率需求和能量存储器的能量水平，控制燃料电池系统、能量存储器（电池或超级电容器）和动力传动系统之间的功率流。下面给出三个功率控制模式^[24]：

1）静止模式：这是一个空闲模式。无论是燃料电池系统，还是能量存储器都不工作。

2）制动方式：燃料电池系统不工作，但能量存储器吸收制动再生能量直到被完全充满。

3）牵引模式：在牵引模式中有两种情况。一种是混合模式，另一种是单独模式。在混合模式下，如果电动机需求输入功率P_comm比燃料电池总额定功率P_fc高，混合模式启动。因此，燃料电池系统在最佳工作范围内产生额定功率，而其余的功率（P_comm-P_fc）是由能量存储器提供的。在单独模式下，如果电动机需求输入功率比燃料电池额定功率低，那么燃料电池与电动机的功率差被能量存储器吸收，直至达到最高充电水平。在这种情况下，燃料电池系统是驱动汽车的唯一电源。

一旦被完全充电后，能量存储系统单独驱动汽车，直至能量存储系统的能量达到最低水平。(www.xing528.com)

2.逆变器控制

现在，实时微处理器使先进的交流感应电动机逆变器开关方法成为可能。这些方法包括空间向量脉宽调制（SVPWM）和向量控制法等。空间向量脉宽调制是一种特殊的技术，用在三相电压源逆变器中确定三个功率晶体管上级电源的开关顺序。与正弦脉宽调制相比，它不但可以在电动机绕组负载的输出电压或电流中减少谐波失真，而且可以更有效地使用直流输入电压。为了向量控制交流感应电动机，需要建立详细的模型。在附录C和E中，详细介绍了感应电动机模型、向量控制和空间向量脉宽调制在混合电力汽车中的应用。在附录D中，解释了感应电动机建模的坐标变换和向量控制。在这里，我们要简要地介绍直接和间接磁场定向控制方案。自从引进定向控制以来，间接磁场定向控制法已经更受欢迎，因为它比直接控制法更可行来实现可靠和精确的速度和转矩控制。直接法用电法通过场角位置传感器确定转子磁通位置；而间接法通过转子转差速率的计算来确定转子磁通。这个定向控制基于三个因素：①电动机电流和电压空间向量；②把三相速度和时间依赖系统变换成两个坐标不随时间变化的系统；③有效的脉宽调制图形生成^[28]。由于这些因素，交流电动机可以像直流电动机一样模拟，来实现良好的瞬态和稳态控制性能。磁场定向控制机有两个组件：转矩组件（与q坐标对齐）和通量组件（与d坐标对齐）。在图6-15所示的常规间接向量控制中，d-轴电流产生的磁通被控制为常数，而q-轴电流产生的转矩被控制使电动机按最大输出功率的速度工作。转矩可以通过调节i^e_qs和转差率ω_e-ω_r来控制。转子磁场可以通过i^e_ds控制^[27]。这种间接向量控制的主要缺点是对电动机参数过于敏感，因此，对控制增益精度要求很高（图6-15）。

图6-15 感应电动机的间接向量控制方案（出自Toluyat，H.and Campbell，S.，DSP-BasedElectromechanicalMotionControl，CRC Press，Boca Raton，FL，2006.许可使用）