用于控制风能设施的多相他励同步发电机的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于控制风能设施(100)的多相他励同步发电机(302)的方法，其中同步发电机(302)具有定子(322)和电枢(324)，电枢(324)具有励磁输入端(326)，以便输入励磁电流(i

The method of multiphase separately excited synchronous generator for controlling wind energy facilities

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制风能设施的多相他励同步发电机的方法
本专利技术涉及一种用于控制风能设施的多相他励同步发电机的方法，并且本专利技术也涉及一种相应的风能设施。
技术介绍
风能设施是已知的并且所述风能设施将风能借助于空气动力学转子和与之耦联的发电机转换成电能。在此，存在不同的发电机概念。现今特别是双馈电式异步机，具有恒定励磁即具有恒磁体的同步发电机和他励同步发电机是常见的。本专利技术在此既不涉及所述双馈电式异步发电机，也不涉及所述永久励磁的同步发电机，而是本专利技术涉及他励同步发电机。与双馈电式异步机的区别是多样的，使得就发电机和发电机控制而言可以将双馈电式异步机视作为是异类的。与永久励磁的同步发电机的区别特别在于，根据本专利技术观察的他励同步发电机也可以经由励磁来控制。就此而言也将他励同步发电机理解成，同步发电机的电枢经由励磁电流或励磁电压励磁。相应地，经由设定励磁电流或励磁电压对工作点产生影响。术语“电枢”在此尤其用于避免与风能设施的空气动力学转子、即具有转子叶片的转子混淆，所述转子叶片被风吹动。此外，也原则上还在无传动装置的和含有传动装置的风能设施之间进行区分。在本专利技术尤其涉及的无传动装置的风能设施中，发电机的电枢直接与空气动力学转子机械耦联，使得电枢和空气动力学转子在运行中具有相同的转速。他励同步发电机特别可以通过如下方式控制：一方面设定励磁电流或励磁电压，并且另一方面通过控制功率吸收，其中——简而言之——控制同步发电机的定子的电负载。这种控制基本上与风能设施的工作点相关地进行，这通常也表示，这与现存的风速相关地进行。但是也可能存在其他原因，以便改变工作点，如例如供电网的电网运营商的相应的直接的或间接的要求，风能设施馈电到所述供电网中。安全有关的或环境保护有关的情形或预设可以使得需要改变工作点。基本上，也在部分负荷运行和完全负荷运行之间进行区分。在部分负荷运行中，至少根据一些调节构思，根据现有的风速来设定风能设施的转速和功率。而在完全负荷运行中，风能设施限于额定功率和额定转速，从而在任何情况下就此而言在固定的工作点中运行。限于额定转速和额定功率在此尤其通过调整转子叶片来实现，即通过如下方式，所述转子叶片随着风增大从风中转动，使得尽管风增大，但未从风中提取更多功率。设定部分负荷运行中的工作点在此通常进行成，使得对于转子叶片设定恒定的、视作为空气动力学最优的叶片角度。转子叶片随后由风驱动并且形成转速。与所述转速相关地，设定风能设施的和由此结果是发电机的输出功率。如果所述发电机功率对应于从风中提取的功率，那么形成关于转速和功率的相应的稳定工作点。要不然，转速改变并且根据新转速设定新功率值，直至找到稳定工作点。对发电机设定功率同样可以根据特征曲线或表格、即所谓的查找表来进行。其中也可以保存要设定的励磁功率，即要设定的调节电流或励磁电压。就此而言，风能设施也可以原则上可靠地并且有效地控制。当然，特征曲线或保存的表格也可以证实为是不准确的或至少可改进的，因为其例如可能差地描绘动态过程。暂时改变、如例如热学影响也能够在表格中差地描绘或者需要另外的表格平面或表格维度。类似内容也适用于持久的偏差，所述偏差可能是由条件决定的或可能通过老化过程造成。非线性连同其他影响变量如例如已经提到的温度也可以在表格中差地描绘。通过使用非最优的表格，即使当所述表格仅有时是非最优时，可能造成功率损失。至少会引起，风能设施非功率最优地工作。补救措施可以实现表格输入的不断重新计算，所述重新计算却是相当耗费的，并且当这种计算所需的输入变量未知或难以确定时，也会特别困难或甚至不可能实现。德国专利商标局在本申请的优先权申请中检索到如下现有技术：C.D.Nguyen和W.Hofmann的“Self-tuningadaptivecopper-lossesminimizationcontrolofexternallyexcitedsynchronousmotors”，2014InternationalConferenceonElectricalMachines(ICEM)，柏林，2014年，第897-902页(申请人)，DE102010043492A1，DE112016000455T5，EP2672624A1，DE102011006670A1和DE102016106590A1。
技术实现思路
因此，本专利技术基于如下目的，解决上述问题中的至少一个。尤其地，要提出如下解决方案，所述解决方案改进多相他励同步发电机的控制，尤其使得功率收益至少提高，尽可能地优化。至少要对目前已知的解决方案提出一种替选方案。根据本专利技术因此提出根据权利要求1的方法。因此，控制风能设施的同步发电机。所述同步发电机是多相的并且优选地并非仅具有三相系统，而是具有多个三相系统。相应地，同步发电机也是四极同步发电机，尤其无传动装置的风能设施的缓慢运行的环形发电机。此外，同步发电机是他励的，所述同步发电机因此通过从外部输入相应的励磁功率来获得其励磁，即通过励磁调节器。具有定子和电枢的同步发电机因此在电枢处具有励磁输入端，以便将励磁功率经由励磁电流或励磁电压输入。对此，在励磁输入端处连接有励磁调节器，所述励磁调节器例如可以构成为电流调节器并且为了电枢的励磁可以将相应的直流电流作为励磁电流输入。经由励磁调节器，即例如所谓的直流电流调节器，也可以设定励磁功率的幅值，其方式为：励磁电流通过直流电流相应地设定，以便保留所述实例。为了输出产生的功率，定子具有定子输出端，在所述定子输出端上输出定子电流。同步发电机的多相性在此特别涉及定子电流。具有两个三相系统的同步发电机，这在此作为优选的变型形式提出，因此输出不同相位的六个定子电流或输出六相定子电流。在定子输出端上连接有整流器，以便将定子电流整流并且提供给与整流器连接的直流电压中间回路。因此，为了保留上述实例，将定子电流的全部相，即例如六个相整流，并且在直流电压中间回路中提供。借此，在直流电压中间回路中提供要输出的发电机功率。由直流电压中间回路，可以将这样提供的功率例如通过逆变器逆变以馈入到供电网中，并且匹配于供电网的需求。此外，整流器是可控的，以便控制定子电流。整流器的任务因此不仅是在直流电压中间回路中提供由发电机输出的功率，而是整流器通过控制定子电流也承担对发电机的控制。通过控制定子电流由此也可以设定或影响发电机的工作点。在此提出的并且还有同步发电机的基于其他步骤的系统因此至少能够实现经由对励磁功率的控制来控制发电机，尤其是其工作点，并且对定子电流的控制能够实现进一步地控制发电机，尤其是其工作点。发电机的工作点因此可以至少经由这两个干预可能性来控制。对于所述系统提出用于控制或配置控制的如下步骤。首先，检测电枢的转速。转速可以被测量或可以使用转速的在控制中本来就常常存在的值。检测转速和其他还描述的步骤原则上持久地在反复的例程中执行。检测的特别的方法步骤也可以同时执行。此外，确定要由同步发电机或风能设施输出的功率，所述功率因此形成期望功率。这本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制风能设施(100)的多相他励同步发电机(302)的方法，其中/n-所述同步发电机(302)具有定子(322)和电枢(324)，/n-所述电枢(324)具有励磁输入端(326)，以便输入励磁电流(i

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170829 DE 102017119743.51.一种用于控制风能设施(100)的多相他励同步发电机(302)的方法，其中
-所述同步发电机(302)具有定子(322)和电枢(324)，
-所述电枢(324)具有励磁输入端(326)，以便输入励磁电流(ierr)或励磁电压(verr)，
-在励磁输入端(326)上连接有励磁调节器(320)，用于输入励磁电流(ierr)或励磁电压(verr)，
-定子(322)具有定子输出端(328)，以便输出定子电流，
-在定子(322)的定子输出端(328)上连接有整流器(304)，以便将定子电流整流并且提供到与所述整流器(304)连接的直流电压中间回路(306)上，并且
-所述整流器(304)是可控的，以便控制定子电流，所述方法包括如下步骤：
-检测所述风能设施(100)的空气动力学转子或所述电枢(324)的转速(n)，
-根据检测的转速(n)确定要由所述同步发电机(302)或所述风能设施输出的期望功率(Psoll)，
-根据检测的转速(n)和所确定的期望功率(Psoll)确定励磁电流(ierr)或励磁电压(verr)，
-借助于所述励磁调节器(330)将这样确定的励磁电流(ierr)或这样确定的励磁电压(verr)输入到所述励磁输入端(326)上，
-根据检测的转速(n)和确定的期望功率(Psoll)将要输出的定子电流确定成定子期望电流，和
-控制整流器(304)，以便将确定的要在定子输出端(328)上输出的定子电流设定到定子期望电流，其中在如下步骤中的至少一个步骤中
-确定所述励磁电流(ierr)或所述励磁电压(verr)，和
-借助于自适应的控制装置(314)将待输出的定子电流确定成定子期望电流，其中所述励磁电流(ierr)或所述励磁电压(verr)或待输出的定子电流形成所述控制装置(314)的控制变量。


2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
-将所述同步发电机的参数，尤其磁化电感和/或定子电阻和/或励磁电阻借助于估计装置(312)作为所述同步发电机的估计变量估计，和
-自适应的所述控制装置为了确定其控制变量考虑所述估计变量。


3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
自适应的所述控制装置为了确定其控制变量考虑所述同步发电机的模型，并且根据所述同步发电机的估计出的变量或所述同步发电机的所述估计变量来适配所述模型或由其导出的关联关系。


4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-所述风能设施构成为无传动装置的风能设施，和
-此外或替选地，所述同步发电机构成为环形发电机，和
-此外或替选地，在所述定子中存在至少两个三相系统。


5.根据上述权利要求中任一项所述的风能设施，
其特征在于，
所述同步发电机的至少一个电感在饱和的区域中运行，并且至少一个因所述饱和而改变的参数由一个或所述估计装置检测。


6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
一个或所述估计装置为了估计所述同步发电机的参数将
-至少一个定子电压，尤其多个三相定子系统中的一个定子系统的三个定子电压，并且此外或替选地
-同一三相定子系统或多个三相定子系统中的一个三相定子系统的至少一个定子电流，尤其三个定子电流
考虑成用于估计参数的输入变量。


7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
一个或所述估计装置将所述同步发电机的磁化电感的d/q分量估计成估计变量。


8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
-自适应的所述控制装置在d/q坐标中确定所述定子期望电流，和
-为了控制所述整流器以便将确定的待输出的定子电流设定到定子期望电流，将所述定子期望电流向回变换成每相具有一电流值的三相表达方式。


9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述直流电压中间回路与逆变器连接，并且所述逆变器将所述直流电压中间回路的能量转换成用于馈入到供电网中...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯托·罗索，杰尔·卡索利，森克·恩格尔肯，阿姆贾德·埃尔德贝，
申请(专利权)人：乌本产权有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE