控制直流母线放电方法、系统、计算机设备及存储介质与流程

本发明涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种控制直流母线放电方法、系统、计算机设备及存储介质。

背景技术：

采用永磁同步电机作为驱动电机的电动产品高压系统，由动力电池包(高压电池包)、驱动电机逆变器(电机控制器)、永磁同步电机和其他高压用电器组成。每个用电器高压直流输入侧一般都有储能电容。在严重故障情况下，动力电池包内部继电器断开，停止给高压回路供电，但是高压直流母线上的电容会因残余电能而有高压，这些高电压可能会造成接触者触电。因此安全规范中会要求在电池包内部继电器断开后，通过一定的办法迅速(比如2s内)将高压直流母线上残余电能泄放掉(比如低于60v)。这种放电过程被称为高压系统的主动放电。

目前的高压系统的主动放电的方法，在放电过程中，需要转子位置传感器(如旋转变压器resolver)来获取永磁同步电机转子转角，然后根据转子转角控制定子电流(只有d轴电流，没有q轴电流)，以防止定子电流产生机械扭矩。但是，当转子位置传感器失效时，将无法防止定子电流产生机械扭矩，从而导致无法迅速将高压直流母线上残余电能泄放掉。

技术实现要素：

基于此，有必要针对当转子位置传感器失效时，将无法防止定子电流产生机械扭矩，从而导致无法迅速将高压直流母线上残余电能泄放掉的问题，提供一种控制直流母线放电方法、系统、计算机设备及存储介质。

一种控制直流母线放电方法，包括：

接收主动泄放命令；

根据所述主动泄放指令获取电机电流信号；

将所述电机电流信号转换为定子坐标系下的电流信号；

基于所述定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的随机电流参考指令输出定子坐标系下的电压控制信号；

将所述定子坐标系下的电压控制信号转换为三相电压控制信号，并根据所述三相电压控制信号控制开关器件的工作状态。

在其中一个实施例中，还包括步骤：当检测到直流母线的电压低于预设值时，控制所述开关器件断开。

在其中一个实施例中，所述随机电流参考指令的随机电流参考信号包括α轴分量电流和β轴分量电流，其中，α轴分量电流的期望值为0，β轴分量电流的期望值为0，α轴分量电流的方差与β轴分量电流的方差相同，α轴分量电流的协方差，β轴分量电流的协方差为0。

在其中一个实施例中，所述将所述定子坐标系下的电压控制信号转换为三相电压控制信号，并根据所述三相电压控制信号控制开关器件的工作状态步骤还包括：

将所述定子坐标系下的电压控制信号通过逆clarke变换转换为三相电压控制信号；

将三相电压控制信号采用脉冲宽度调制，产生pwm信号；

使pwm信号控制开关器件的工作状态。

在其中一个实施例中，采用clarke变换将所述电机电流信号转换为定子坐标系下的电流信号。

在其中一个实施例中，一种控制直流母线放电系统，包括：

主动泄放命令接收模块，用于接收主动泄放命令；

获取信号模块，用于根据所述主动泄放指令获取电机电流信号

信号转换模块，用于将所述电机电流信号转换为定子坐标系下的电流信号；

信号输出模块，用于基于所述定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的随机电流参考指令输出定子坐标系下的电压控制信号；

控制模块，用于将所述定子坐标系下的电压控制信号转换为三相电压控制信号，并根据所述三相电压控制信号控制开关器件的工作状态。

在其中一个实施例中，还包括：检测模块，用于当检测到直流母线的电压低于预设值时，控制所述开关器件断开。

在其中一个实施例中，控制模块包括：

信号转换单元，用于将所述定子坐标系下的电压控制信号通过逆clarke变换转换为三相电压控制信号；

信号调制单元，用于将三相电压控制信号采用脉冲宽度调制，产生pwm信号；

控制单元，用于使pwm信号控制开关器件的工作状态。

在其中一个实施例中，一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的控制直流母线放电方法。

在其中一个实施例中，一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的控制直流母线放电方法。

上述控制直流母线放电方法、系统、计算机设备及存储介质，通过定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的随机电流参考指令输出定子坐标系下的电压控制信号控制开关器件的工作状态，使电机控制器放电，解决了当转子位置传感器失效时，将无法防止定子电流产生机械扭矩，从而导致无法迅速将高压直流母线上残余电能泄放掉的问题。

附图说明

图1为本发明的电动汽车高压系统和电机控制器原理图；

图2为本发明一个实施例中控制直流母线放电方法的流程示意图；

图3为本发明一个实施例中控制直流母线放电方法的流程示意图；

图4为本发明一个实施例中控制直流母线放电方法的过程示意图；

图5为本发明一个实施例中控制直流母线放电系统的结构示意图；

图6为本发明一个实施例中控制直流母线放电系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、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的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

请参阅图1，采用永磁同步电机作为驱动电机的电动汽车高压系统，由动力电池包(高压电池包)、驱动电机逆变器(电机控制器)、永磁同步电机和其他高压用电器组成。每个用电器高压直流输入侧一般都有储能电容cbus、c0。在严重故障情况下，动力电池包内部继电器断开，停止给高压回路供电，但是高压直流母线上的电容会因残余电能而有高压，这些高电压有危害乘员、维修人员的潜在安全。因此整车安全规范中会要求在电池包内部继电器断开后，通过一定的办法迅速(比如2s内)将高压直流母线上残余电能泄放掉(比如低于60v)。这种放电过程被称为高压系统的主动放电。因此，需要通过电压控制器控制开关q1、q2、q3、q4、q5、q6将高压直流母线上残余电能泄放掉。

图2示出了一个实施例中的控制直流母线放电方法，其包括如下步骤s210至步骤s250。

步骤s210，接收主动泄放命令。

其中，当需要泄放高压母线上的电流时，电机控制器接收到主动泄放命令。该主动泄放指令可以是由整车控制器vcu(vehiclecontrolunit)发出的。在整车出现故障、整车高压系统下电等情况下，整车控制器会发出主动泄放指令。

步骤s220，根据所述主动泄放指令获取电机电流信号。

其中，电机电流信号为电机三相电流信号，当接收到主动泄放指令时，通过电流传感器(一种检测装置，能检测到被测电流的信息，并能将检测到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求)获取的电机三相电流信号。

步骤s230，将所述电机电流信号转换为定子坐标系下的电流信号；

其中，定子坐标系下的电流坐标(iα，iβ)是直接和电机的三相电流(ia、ib、ic)一一对应的，他们之间的转换关系是一个常数矩阵，矩阵系数不包含转子的转动角度θ。这样的坐标系，可以看成是一个捆绑在电机定子上的坐标系，因此习惯上称之为“定子坐标系”。

具体地，电机电流信号包括a相电流ia、b相电流ib、c相电流ic，通过电流传感器获取的电机电流信号为三相电流信号ia、ib、ic。对三相电流信号ia、ib、ic经过clarke(克拉克)变换(clarke变换将原来的三相电流简化成两相电流，从三相定子a－b—c坐标系变换到两相定子α－β坐标系。也称为3/2变换)(abc→αβ)后变成定子坐标系下的电流信号iα、iβ。

步骤s240，基于所述定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的随机电流参考指令输出定子坐标系下的电压控制信号。

其中，预设定子坐标系的随机电流参考指令可以是由控制器内部产生，预设定子坐标系的随机电流参考指令中包含随机电流参考值信息，其预设定子坐标系的随机电流参考值为iα^*iβ^*。将定子坐标系下的电流信号iα、iβ。、预设定子坐标系的随机电流参考指令中的预设定子坐标系的随机电流参考值iα^*iβ^*一同输入反馈控制单元。经过控制运算后，反馈控制单元输出定子坐标系下的电压控制信号uα^*uβ^*。所述随机电流参考指令的随机电流参考信号包括α轴分量电流iα^*和β轴分量电流iβ^*。其中，α轴分量电流iα^*和β轴分量电流iβ^*可以是随机的，可以是任意一种随机序列，其只要满足：α轴分量电流iα^*的期望值为0，β轴分量电流iβ^*的期望值为0，α轴分量电流iα^*的方差与β轴分量电流iβ^*的方差相同，α轴分量电流iα^*的协方差，β轴分量电流iβ^*的协方差为0。该需满足的条件具体可表示为：

举例来说，iα^*iβ^*的可以独立地选择如下均匀分布：

f(i)为电流指令i的概率密度函数。

由于电流的控制一般是固定频率的离散控制，每个控制周期都会有一对随机的电流指令，记为iα,k^*和iβ,k^*，下标k表示第k个控制周期。不同周期之间的随机电流指令之间的关系可由相关函数(或功率密度谱)表述。本发明iα^*和iβ^*的时间序列可以是白噪声序列，也可以是按照其他一定目的设计的具有特定相关函数的序列。

具体地，预设定子坐标系的随机电流参考指令为随机白噪声电流。

放电过程中，随机白噪声电流功率频谱宽，其高频部分会因为集肤效应而增大电阻损耗，从而加快残余电能泄放速度。由于电流指令为随机序列，所以产生的转矩是随机变化的转矩，转矩的期望值为零，因此实际几乎不会产生有效的扭矩，分析如下：

假设转子坐标d轴正向和定子坐标α轴正向夹角为θ，那么此时的转矩te和iαiβ的关系为：

将式(1)结合(3)分析可得：

e[te]＝0(4)

即转矩的期望值为零，实际电机转矩表现为平均为零的高频随机波动转矩。

步骤s250，将所述定子坐标系下的电压控制信号转换为三相电压控制信号，并根据所述三相电压控制信号控制开关器件的工作状态。这里的开关器件可以是图1中所示的开关器件q1、q2、q3、q4、q5和q6。

其中，请参阅图3，所述将所述定子坐标系下的电压控制信号转换为三相电压控制信号，并根据所述三相电压控制信号控制开关器件的工作状态步骤还包括步骤s252至s256：

步骤s252，将所述定子坐标系下的电压控制信号通过逆克拉克变换转换为三相电压控制信号；

步骤s254，将三相电压控制信号采用脉冲宽度调制，产生pwm信号；

步骤s256，使pwm信号控制开关器件的工作状态。

进一步地，反馈控制单元输出定子坐标下的电压指令uα^*uβ^*经过逆clarke变换(将原来的两相绕组上的电压回路方程式简化成三相绕组上的电压回路方程式，从两相定子α－β坐标系变换到两相定子a－b—c坐标系)后(αβ→abc)变成三相电压指令(ua^*、ub^*、uc^*)。三相电压指令(ua^*、ub^*、uc^*)经过脉冲宽度(pwm)调制(脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或mos管栅极的偏置，来实现晶体管或mos管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变)后，产生各个开关器件的pwm信号，从而控制逆变器工作，使得电机电流跟随电流指令iα^*iβ^*变化。

具体地，pwm波调制方式选择5步svpwm调制。由于选择5步svpwm调制，产生的纹波电流更大，更有利于损耗电流。

上述控制直流母线放电方法，采用在定子坐标系下对电流进行控制，而在定子坐标系下控制电流就不用θ信号，就能使电机控制器放电，解决了当转子位置传感器失效时，将无法防止定子电流产生机械扭矩，从而导致无法迅速将高压直流母线上残余电能泄放掉的问题。

上述控制直流母线放电方法，即便永磁同步电机转子位置传感器失效，仍然可以通过电机绕组进行高压泄放，且泄放过程中几乎不会对转子产生有效的扭矩，同时放电效率可以得到提高。

请参阅图2，在其中一个实施例中，一种控制直流母线放电方法在步骤s210至步骤s250之后还包括步骤s260。

步骤s260，当检测到直流母线的电压低于预设值时，控制所述开关器件断开。

其中，预设值可以是到达不会对人体造成伤害的电压值范围，如60v以下。在放电过程中，对直流母线的电压进行实时检测，当检测到直流母线电压达到安全电压要求后，电机控制器停止主动放电。

上述的控制直流母线放电方法，在放电任务完成后会自动停止放电，避免一直处于状态。

请参阅图4，在其中一个实施例中，一种控制直流母线放电方法，通过电流传感器获取的电机三相电流信号ia、ib、ic，ia、ib、ic经过clarke(克拉克)变换后变成定子坐标系下的电流信号iα、iβ，并由控制器软件内部产生定子坐标系下的随机电流参考指令iα^*iβ^*，将定子坐标系下的电流信号iα、iβ和定子坐标系下的随机电流参考指令iα^*iβ^*一同送入反馈控制单元。经过控制运算后，反馈控制单元输出定子坐标下的电压指令uα^*uβ^*经过逆clarke变换后(αβ→abc)变成三相电压指令(ua^*、ub^*、uc^*)。三相电压指令经过pwm调制后，产生控制q1…q6各个开关器件的逆变电路驱动pwm信号，从而控制逆变器工作，使得电机电流跟随电流指令iα^*iβ^*变化。

请参阅图5，本申请还提供一种控制直流母线放电系统，包括：主动泄放命令接收模块310、获取信号模块320、信号转换模块330、信号输出模块340、控制模块350。

主动泄放命令接收模块310，用于接收主动泄放命令；

其中，当需要泄放高压母线上的电流时，电机控制器接收到主动泄放命令。

获取信号模块320，用于根据所述主动泄放指令获取电机电流信号；

其中，电机电流信号为电机三相电流信号，当接收到主动泄放指令时，通过电流传感器(电流传感器，是一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求)获取的电机三相电流信号。

信号转换模块330，用于将所述电机电流信号转换为定子坐标系下的电流信号；

其中，定子坐标系下的电流坐标(iα，iβ)是直接和电机的三相电流(ia、ib、ic)一一对应的，他们之间的转换关系是一个常数矩阵，矩阵系数不包含转子的转动角度θ。这样的坐标系，可以看成是一个捆绑在电机定子上的坐标系，因此习惯上称之为“定子坐标系”。

具体地，电机电流信号为ia、ib、ic，通过电流传感器获取的电机电流信号为ia、ib、ic。(ia、ib、ic)经过clarke(克拉克)变换(clarke变换将原来的三相电流简化成两相电流，从三相定子a－b—c坐标系变换到两相定子α－β坐标系。也称为3/2变换)(abc→αβ)后变成定子坐标系下的电流信号iαiβ。

信号输出模块340，用于基于所述定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的随机电流参考指令输出定子坐标系下的电压控制信号；

其中，预设定子坐标系的随机电流参考指令是由控制器软件内部产生，预设定子坐标系的随机电流参考指令中包含随机电流参考值信息，其预设定子坐标系的随机电流参考值为iα^*iβ^*。将定子坐标系下的电流信号iαiβ。、预设定子坐标系的随机电流参考指令中的预设定子坐标系的随机电流参考值iα^*iβ^*一同输入反馈控制单元。经过控制运算后，反馈控制单元输出定子坐标系下的电压控制信号uα^*uβ^*。所述定子坐标系下的电流信号、预设定子坐标系的随机电流参考指令输出定子坐标系下的电压控制信号步骤中的随机电流参考指令满足以下条件：随机电流参考信号iα*和iβ*的期望值都为0、随机电流参考信号iα*和iβ*的方差相同、随机电流参考信号iα*和iβ*的协方差为0。

进一步地，软件内部产生的iα^*iβ^*电流指令是随机的，可以是任意一种随机序列，只要满足如下要求：

举例来说，iα^*iβ^*的可以独立地选择如下均匀分布：

f(i)为电流指令i的概率密度函数。

由于电流的控制一般是固定频率的离散控制，每个控制周期都会有一对随机的电流指令，记为iα,k^*和iβ,k^*，下标k表示第k个控制周期。不同周期之间的随机电流指令之间的关系可由相关函数(或功率密度谱)表述。本发明iα^*和iβ^*的时间序列可以是白噪声序列，也可以是按照其他一定目的设计的具有特定相关函数的序列。

具体地，预设定子坐标系的随机电流参考指令为随机白噪声电流。

放电过程中，随机白噪声电流功率频谱宽，其高频部分会因为集肤效应而增大电阻损耗，从而加快残余电能泄放速度。由于电流指令为随机序列，所以产生的转矩是随机变化的转矩，转矩的期望值为零，因此实际几乎不会产生有效的扭矩，分析如下：

假设转子坐标d轴正向和定子坐标α轴正向夹角为θ，那么此时的转矩te和iαiβ的关系为：

将式(1)结合(3)分析可得：

e[te]＝0(4)

即转矩的期望值为零，实际电机转矩表现为平均为零的高频随机波动转矩。

控制模块350，用于将所述定子坐标系下的电压控制信号转换为三相电压控制信号，并根据所述三相电压控制信号控制开关器件的工作状态。

其中，请参阅图6，控制模块350还包括：信号转换单元352、信号调制单元354、控制单元356。

信号转换单元352，用于将所述定子坐标系下的电压控制信号通过逆克拉克变换转换为三相电压控制信号；

信号调制单元354，用于将三相电压控制信号采用脉冲宽度调制，产生pwm信号；

控制单元356，用于使pwm信号控制开关器件的工作状态。

进一步地，反馈控制单元输出定子坐标下的电压指令uα^*uβ^*经过逆clarke变换(将原来的两相绕组上的电压回路方程式简化成三相绕组上的电压回路方程式，从两相定子α－β坐标系变换到两相定子a－b—c坐标系)后(αβ→abc)变成三相电压指令(ua^*、ub^*、uc^*)。三相电压指令(ua^*、ub^*、uc^*)经过脉冲宽度(pwm)调制(脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或mos管栅极的偏置，来实现晶体管或mos管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变)后，产生各个开关器件的pwm信号，从而控制逆变器工作，使得电机电流跟随电流指令iα^*iβ^*变化。

具体地，pwm波调制方式选择5步svpwm调制。由于选择5步svpwm调制，产生的纹波电流更大，更有利于损耗电流。

上述控制直流母线放电系统，采用在定子坐标系下对电流进行控制，而在定子坐标系下控制电流就不用θ信号，就能使电机控制器放电，解决了当转子位置传感器失效时，将无法防止定子电流产生机械扭矩，从而导致无法迅速将高压直流母线上残余电能泄放掉的问题。

上述控制直流母线放电系统，即便永磁同步电机转子位置传感器失效，仍然可以通过电机绕组进行高压泄放，且泄放过程中几乎不会对转子产生有效的扭矩，同时放电效率可以得到提高。

请参阅图5，在其中一个实施例中，一种控制直流母线放电系统，还包括检测模块。

检测模块，用于当检测到直流母线的电压低于预设值时，控制所述开关器件断开。

其中，预设值可以是到达不会对人体造成伤害的电压值范围，如60v以下。在放电过程中，对直流母线的电压进行实时检测，当检测到直流母线电压达到安全电压要求后，电机控制器停止主动放电。

上述的控制直流母线放电系统，在放电任务完成后会自动停止放电，避免一直处于状态。

此外，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性的计算机可读取存储介质中，如本发明实施例中，该程序可存储于计算机系统的存储介质中，并被该计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现包括如上述各控制直流母线放电方法的实施例的流程。

为此，在一个实施例中，还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现如上述各实施例中的任意一种控制直流母线放电方法。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

该计算机存储介质，其存储的计算机程序，通过实现包括如上述各控制直流母线放电方法的实施例的流程，从而可以通过采用在定子坐标系下对电流进行控制，而在定子坐标系下控制电流就不用θ信号，就能使电机控制器放电，解决了当转子位置传感器失效时，将无法防止定子电流产生机械扭矩，从而导致无法迅速将高压直流母线上残余电能泄放掉的问题。

此外，在一个实施例中，还提供一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行所述程序时实现如上述各实施例中的任意一种控制直流母线放电方法。

该计算机设备，其处理器执行程序时，通过采用在定子坐标系下对电流进行控制，而在定子坐标系下控制电流就不用θ信号，就能使电机控制器放电，解决了当转子位置传感器失效时，将无法防止定子电流产生机械扭矩，从而导致无法迅速将高压直流母线上残余电能泄放掉的问题。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。