转换器的谐波控制制造技术

描述了用于确定操作参数参照（262）以控制耦合到特别地风力涡轮机（100）的发电机（211）的发电机侧转换器（221）部分的装置（229），所述装置包括：算术元件（251），配置成通过从基波电流参照（249）和至少一个谐波电流参照（243）的总和中减除特别地未经滤波的发电机输出电流（253）而导出基波电流误差（252）；基波电流控制器（254），适配成基于基波电流误差（252）来确定基波操作参数参照（255）；至少一个其它的算术元件（256），配置成通过从至少一个谐波电流参照（243）中减除特别地根据谐波带通滤波（253’）的发电机输出电流而导出至少一个谐波电流误差（257）；至少一个谐波电流控制器（259），配置成基于谐波电流误差（257）来确定至少一个谐波操作参数参照（260）；又一算术元件（261），配置成将操作参数参照（262）确定为基波操作参数参照（255）和至少一个谐波操作参数参照（260）的总和。

Harmonic Control of Converter

【技术实现步骤摘要】
转换器的谐波控制
本专利技术涉及用于确定操作参数参照以控制耦合到特别地风力涡轮机的发电机的发电机侧转换器部分的装置和方法。另外，本专利技术涉及包括该装置的电能系统，并且进一步涉及包括电能系统的风力涡轮机。
技术介绍
特别地，在永磁发电机中，可能要求谐波控制（harmoniccontrol）以便控制噪声和振动以及增加系统效率。谐波控制可以特别地应用于不具有驱动系（drivetrain）中的齿轮箱的直接驱动发电机。常规地，可以在矢量控制的驱动中利用基波电流控制器和谐波电流控制器。常规地，已经观察到存在高控制工作、差的动态性能、不稳定和不准确的速度/位置估计。常规地，已经将数字滤波器添加到电流反馈，基波电流控制的带宽已经减小，并且已经将数字滤波器添加到被用作速度观察器的输入的电压参照。由此，谐波电流控制器的控制工作可以减少，谐波电流控制器动态性能可以改进，并且速度/位置估计可以关于准确性而改进。然而，同时地观察到一些主要缺点：（1）滤波器的引入可以趋向逐步削弱系统稳定性，由此减小稳定裕度（margin）；（2）基波电流控制器带宽的减小可以降低其动态性能并且可能负面地影响外部控制回路。因此，可存在针对用于确定操作参数参照以控制耦合到发电机的发电机侧转换器部分的装置和方法的需要，其中解决了以上提到的问题中的至少一些，其中特别地，实现了具有充足的系统稳定性的简单解决方案。
技术实现思路
此需要可以通过根据独立权利要求的主题来满足。本专利技术的有利实施例由从属权利要求来描述。本专利技术的实施例可以特别地应用于矢量控制的驱动中的谐波控制，也就是说，在例如风力涡轮机应用中使用的永磁同步发电机的控制。根据本专利技术的实施例，提供了一种用于确定操作参数参照以控制耦合到特别地风力涡轮机的发电机的发电机侧转换器部分的装置，该装置包括：算术元件，配置成通过从基波电流参照和至少一个谐波电流参照的总和中减除特别地未经滤波的发电机输出电流而导出基波电流误差；基波电流控制器，适配成基于基波电流误差来确定基波操作参数参照；另一算术元件，配置成通过从至少一个谐波电流参照中减除特别地根据谐波带通滤波的发电机输出电流而导出至少一个谐波电流误差；至少一个谐波电流控制器，配置成基于谐波电流误差来确定至少一个谐波操作参数参照；又一算术元件，配置成将操作参数参照确定为基波操作参数参照和至少一个谐波操作参数参照的总和。装置可以是风力涡轮机控制器的一部分，诸如，在软件和/或硬件中实现。操作参数参照可以是发电机的操作参数的参照值。操作参数可以至少部分地限定发电机的操作，例如，关于其电输出、其机械或电旋转速度、所生成的扭矩（torque）等。特别地，操作参数参照可以是电压参照，可以将所述电压参照供应到（例如，AC-DC-AC转换器的）发电机侧转换器部分以用于实际地控制发电机侧转换器部分，特别地，在已经根据操作参数参照确定适合于供应到转换器部分中的可控开关的闸门（gate）的脉冲宽度调制信号之后。可以已经使用其它操作参数估计或者可以已经测量发电机输出电流。基波电流参照以及还有至少一个谐波电流参照可以以多个方式来确定或限定。基波电流参照和谐波电流参照可以例如仅仅是常量，或者可以通过对查找表进行查找等来导出。在其它实施例中，基波电流参照和/或谐波电流参照可以取决于操作参数参照本身，可以取决于发电机输出电流，并且还可以取决于发电机侧转换器部分与电网侧转换器部分之间的DC链路的DC电压。转换器可以例如是或者包括AC-DC-AC转换器，所述AC-DC-AC转换器可以配置成将由发电机提供的可变频率输出功率转换到DC链路处的基本上DC功率，以及从DC功率转换到固定频率的AC输出功率，例如具有50Hz或60Hz的频率。装置可以配置成通过确定适当的操作参数参照来（特别地同时地）控制操作参数的基波频率的至少一个或两个或三个或四个或甚至更多的谐波。在控制多于一个谐波的情况下，关于要控制的所有不同谐波，例如，第二、第四、第六、第八和/或第十二谐波，通过基波电流参照和所有谐波电流参照而形成总和。对于要控制的谐波中的每个，对应的谐波电流控制器可以包括在该装置中，其配置成处置发电机的基波电频率的特定谐波，诸如例如第二、第四、第六、第八或第十二谐波。与根据现有技术的系统不同，基波电流控制器接收基波电流参照和（要控制的）所有谐波电流参照的总和，其通过发电机输出电流（特别地，未经滤波的发电机输出电流）而减小。常规地，发电机输出电流可以已经被滤波以减少更高的谐波。另外，常规地，基波电流控制器可以已经作为输入来接收经滤波的发电机输出电流与基波电流参照之间的差异，而没有还（针对要控制的谐波中的每个）减除相关联的谐波电流参照。由此，避免了发电机输出电流的滤波，因而简化了装置并且还可能地改进了稳定性。特别地，本专利技术的实施例可以能够改进控制系统的性能，而没有如在常规系统中观察到的以上提及的常见方法的缺点。根据本专利技术的实施例，对用于基波电流控制器的电流参照进行修改，其还可以包括谐波电流参照。当谐波频率落在基波电流控制器的带宽中时，这个简单的修改可以在稳定状态的性能之下完全地消除或者至少部分地消除如通过基波电流控制器所观察的强干扰拒绝，并且还可以在瞬变期间将它最小化。因此，在稳定状态操作之下，基波电流控制器的输入处的调控误差（即，基波电流误差）可以没有谐波以及其输出缺少针对附加数字滤波器的需要，因而保护控制系统的稳定性。根据本专利技术的实施例，基波电流控制器以及还有（多个）谐波电流控制器两者可以朝向相同的目标做贡献，而不是彼此相对。换言之，（多个）谐波电流控制器可能不需要进行额外的工作来抵抗基波电流控制器的动作。在从相应的谐波电流参照中减除之前，可以对发电机输出电流进行带通滤波（使考虑之下的谐波通过）。一般地，基波电流控制器和谐波电流控制器可以包括PI控制器，所述PI控制器可以配置成使得它们产生输出信号，所述输出信号在作为操作参数参照供应到转换器部分时导致误差（即，分别地基波电流误差和谐波电流误差）的减小。由此，控制可以特别地在基波电流控制器内的基波dq系（dq-frame）中应用，并且可以在相应的谐波电流控制器中的相应谐波dq系中应用。本专利技术的实施例支持转换器发电机部分的相应控制，以便消除（多个）不合期望的谐波中的一个或多个，或者还可以使得能够实现发电机的输出处的特定谐波的特定水平，所述水平可以不是零。由此，可以提供可以以简单的方式实现的有效控制以及可靠的稳定操作。根据本专利技术的实施例，操作参数参照是用于控制发电机侧转换器部分的电压参照或功率参照或旋转速度参照或扭矩参照。由此，可以应用电压控制、功率控制、速度控制或扭矩控制。因而，可以通过该装置支持常规控制方法。根据本专利技术的实施例，谐波电流参照包括对应于发电机的基波电频率的N倍的振荡，其中以自然数的N等于或者大于2，特别地，是2或4或6或8或12，其中谐波电流参照特别地不同于零。发电机的基波电频率可以基于发电机的旋转速度并且在考虑到永久磁体的数目和/或极（pole）的数目来导出。通过针对要控制的每一个谐波而提供相应的谐波电流控制器，可以由该装置控制若干个不同的谐波。谐波电流控制器中的每个可以作为输入而接收相应的谐波电流参照与发电机输出电流的经滤波的版本（例如，用于相应谐波的带通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于确定操作参数参照（262）以控制耦合到特别地风力涡轮机（100）的发电机（211）的发电机侧转换器（221）部分的装置（229），所述装置包括：算术元件（251），配置成通过从基波电流参照（249）和至少一个谐波电流参照（243）的总和中减除特别地未经滤波的发电机输出电流（253）而导出基波电流误差（252）；基波电流控制器（254），适配成基于基波电流误差（252）来确定基波操作参数参照（255）；至少一个其它的算术元件（256），配置成通过从至少一个谐波电流参照（243）中减除特别地根据谐波带通滤波（253’）的发电机输出电流而导出至少一个谐波电流误差（257）；至少一个谐波电流控制器（259），配置成基于谐波电流误差（257）来确定至少一个谐波操作参数参照（260）；又一算术元件（261），配置成将操作参数参照（262）确定为基波操作参数参照（255）和至少一个谐波操作参数参照（260）的总和。

【技术特征摘要】
2017.11.07 EP 17200324.61.用于确定操作参数参照（262）以控制耦合到特别地风力涡轮机（100）的发电机（211）的发电机侧转换器（221）部分的装置（229），所述装置包括：算术元件（251），配置成通过从基波电流参照（249）和至少一个谐波电流参照（243）的总和中减除特别地未经滤波的发电机输出电流（253）而导出基波电流误差（252）；基波电流控制器（254），适配成基于基波电流误差（252）来确定基波操作参数参照（255）；至少一个其它的算术元件（256），配置成通过从至少一个谐波电流参照（243）中减除特别地根据谐波带通滤波（253’）的发电机输出电流而导出至少一个谐波电流误差（257）；至少一个谐波电流控制器（259），配置成基于谐波电流误差（257）来确定至少一个谐波操作参数参照（260）；又一算术元件（261），配置成将操作参数参照（262）确定为基波操作参数参照（255）和至少一个谐波操作参数参照（260）的总和。2.根据前述权利要求的装置，其中操作参数参照（262）是用于控制发电机侧转换器部分的电压参照（v*dq）。3.根据前述权利要求中的一项的装置，其中谐波电流参照包括对应于发电机的基波电频率的N倍的振荡，其中N是大于2的自然数，特别是2或4或6或8或12，其中谐波电流参照特别地不同于零。4.根据前述权利要求中的一项的装置，其中基波电压参照（255）和谐波电压参照（260）在以发电机的基波电频率旋转的基波dq系中给出。5.根据前述权利要求中的一项的装置，其中基波电流控制器（254）包括两个PI控制器（263c、263d），以针对基波dq系中的基波电流误差的d分量和q分量中的每个而使用两个PI控制器中的一个PI控制器来确定基波操作参数参照。6.根据前述权利要求中的一项的装置，其中谐波电流控制器（259）包括：变换模块（264），配置成将基波dq系中的谐波电流误差变换到谐波dq系中，谐波dq系以基波频率的相应倍数来旋转；两个PI控制器（263a、263b），配置成作为输入而接收谐波正序列dq系中的谐波电流误差的分量；后向变换模块（265），配置成将PI控制器的输出后向变换到基波dq系中，以便确定谐波操作参数参照（260）；特别地，谐波电流控制器（259）进一步包括：两个PI控制器，配置成作为输入而接收谐波负序列dq系中的谐波电流误差的分量，以及对应的变换模块和后向变换模块。7.根据前述权利要求中的一项的装置，还包括：电速度估计器（266），被配置和连接成基于发电机输出电流（2...

【专利技术属性】
技术研发人员：NMA弗莱雷，Y胡，ZY吴，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK