电机的谐波直接转矩控制制造技术

描述了一种用于生成发电机侧转换器部分（121）、特别是风力涡轮机（100）的发电机侧转换器部分（121）的转换器控制信号（265）的方法，所述发电机侧转换器部分（121）耦合到发电机（111）、特别地是永磁同步电机，所述方法包括：特别是基于谐波转矩需求（240）和转矩指示反馈信号（241，Fb），导出至少一个谐波转矩参考（245，Th*）；特别地基于谐波定子电压需求（246）和/或定子电压指示反馈信号（249，Vrms）导出至少一个谐波通量参考（251，psih*）；将所有的所述至少一个谐波转矩参考（245，Th*）加到基本转矩参考（253，Te*），并减去估计的发电机转矩（255，）以导出转矩误差（257）；将所有的所述至少一个谐波通量参考（251，psih*）加到基本通量参考（259，psis*），并减去估计的发电机通量（261，）以导出通量误差（263）；和基于转矩误差（257）和通量误差（263）导出转换器控制信号（265，135，Sabc）。Sabc）。Sabc）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电机的谐波直接转矩控制


[0001]本专利技术涉及一种生成用于耦合到发电机的发电机侧转换器部分、特别是风力涡轮机的发电机侧转换器部分的转换器控制信号的方法和布置。此外，本专利技术涉及一种发电系统，包括该布置以及至少一个发电机和至少一个转换器。

技术介绍

[0002]当操作例如风力涡轮机的发电机，特别是永磁同步电机时，基本电频率的不期望的谐波干扰有效的操作。现有技术讨论了矢量控制驱动的谐波控制。
[0003]关于利用DTC（直接转矩控制）的电机控制中的转矩脉动控制，现有技术主要解决电磁转矩的估计，旨在借助于更复杂/准确的电机模型和相应的转矩方程来改进估计准确度。这些可能高保真度的模型需要大量的参数，所述参数取决于负载/饱和度和转子定位，并且难以测量/估计。因此，常规方法对实现和调谐应用了许多简化，例如，忽略给定参数和/或给定操作范围内的负载变化。作为反馈源，使用了位于发电机主轴承静止环中的加速度计。FOC（磁场定向控制）中的常规谐波控制主要基于Id和Iq电流。
[0004]然而，已经观察到，当应用常规方法时，谐波的减少不令人满意。
[0005]因此，可能需要一种为发电机侧转换器部分生成转换器控制信号的方法和布置，其中谐波控制得到改进。更进一步地，可能需要一种控制至少一个发电机侧转换器部分的方法，其中转换器控制信号根据依照本专利技术实施例的方法被生成，并被供应到相应的转换器或发电机侧转换器部分。

技术实现思路

[0006]根据独立权利要求的主题可以满足该需求。从属权利要求描述了本专利技术的有利实施例。
[0007]根据本专利技术的实施例，提供了一种生成用于耦合到发电机、特别是永磁同步电机的发电机侧转换器部分（特别是风力涡轮机的发电机侧转换器部分）的转换器控制信号的方法，所述方法包括：特别是基于谐波转矩需求和/或转矩指示反馈信号（例如Fb）导出至少一个谐波转矩参考（例如Th*）；特别是基于谐波定子电压需求和/或定子电压指示反馈信号（例如，Vrms），导出至少一个谐波通量参考（例如，psih*）；将所有至少一个谐波转矩参考（例如Th*）加到基本转矩参考（例如Te*），并减去估计的发电机转矩（例如）以导出转矩误差；将所有的至少一个谐波通量参考（例如psih*）加到基本通量参考（例如psis*），并减去估计的发电机通量（例如）以导出通量误差；以及基于转矩误差和通量误差导出转换器控制信号（例如Sabc）。
[0008]该方法可以在软件和/或硬件中实现。该方法特别地可以由风力涡轮机控制器或者通常由控制耦合到发电机的发电机侧转换器部分的转换器控制器来执行。
[0009]转换器控制信号可以例如定义被包括在发电机侧转换器部分中的多个可控开关的开关状态。转换器控制信号可以包括脉宽调制（PWM）信号。该方法可以可适用于任何数量
的谐波，一个或多个，即基本电频率的倍数。因此，该方法可以并行应用于基本电频率的几个不同谐波。
[0010]谐波转矩参考可以由转矩脉动控制器（TRC）导出。谐波转矩参考可以被导出，使得当转换器部分被供应有相应的转换器控制信号时，转矩符合谐波转矩需求，例如对于一个或多个谐波，谐波转矩需求可以为零。转矩指示反馈信号可以包括例如传感器信号，其诸如从加速度计或麦克风或应变仪导出。
[0011]谐波通量参考可以例如由谐波电压控制器（HVC）导出。谐波通量参考可以被导出，使得定子电压符合谐波定子电压需求。通量可以与通过发电机线圈的磁场的磁通量有关。通量包括永磁体生成的通量和电枢反应生成的通量。
[0012]基本转矩参考可以与期望的dc转矩相关。当在静止参考系中观察时，基本通量参考可以涉及在基本频率下的期望通量，即定子通量。
[0013]期望的转矩改变以及期望的通量改变可以作为输入供应给开关表，该开关表可以输出开关状态，作为转换器控制信号的示例。根据本专利技术的实施例，转换器控制信号表示定义发电机侧转换器部分的多个可控开关的开关状态的开关状态信号。
[0014]开关状态信号可以定义被包括在发电机侧转换器部分中的哪些可控开关将处于导通状态或非导通状态。由此，支持用于转换器部分的常规控制方法。该方法可以例如支持耦合到发电机侧转换器部分的三相永磁发电机。对于每一相，转换器部分可以包括两个串联连接的可控开关。
[0015]根据本专利技术的实施例，定子电压指示反馈信号（例如，Vrms）是从测量的DC链路电压（例如，Vdc）和开关状态导出的，特别是涉及应用调谐到感兴趣谐波的自适应带通滤波器。在当参考电压（或需求电压）不直接可用时的情况下，使用重构的定子电压。
[0016]除了发电机和发电机侧转换器部分之外，发电系统还可以包括DC链路和电网侧转换器部分。发电机侧转换器部分可以基本上适于在DC链路上将可变频AC功率流转换成基本上DC的功率流。电网侧转换器部分可以被配置用于将DC功率流转换成基本上固定频率的AC功率流。根据DC链路电压和开关状态，可以估计定子电压。因此，可以提供简单的定子电压指示反馈信号。
[0017]根据本专利技术的实施例，转矩误差和通量误差被供应到相应的迟滞控制器，迟滞控制器的输出（即，期望的转矩改变和通量改变）被供应到输出开关状态的开关表，其中开关表特别地进一步基于定子通量定位（例如，）输出开关状态。
[0018]迟滞控制器可以取决于输入超过第一阈值还是低于第二阈值来输出正或负一或者正或负一个常数。迟滞控制器也可以称为“bang
‑
bang”控制器。由此，可以提供用于导出开关状态的简单方式。
[0019]根据本专利技术的实施例，转矩误差和通量误差（以及特别是还有总转矩和通量参考以及定子电压和电流）这两者均被供应到导出开关状态的预测转矩控制，其特别是包括基于模型的预测和成本函数最小化。
[0020]根据本专利技术的实施例，转矩误差被供应到转矩控制器，并且特别是并行地也供应到谐波转矩控制器（例如HTC），它们特别是在一个或多个参考系中操作，导出第一电压参考，其中通量误差被供应到通量控制器，并且特别是并行地也供应到谐波通量控制器（例如HFC），它们特别是在一个或多个参考系中操作，导出第二电压参考，其中转换器控制信号
（例如Sabc）是基于第一电压参考和第二电压参考导出的。
[0021]由于谐波转矩和谐波通量的参考通常为零，因此谐波控制器的转矩误差和通量误差将主要从谐波反馈导出。
[0022]对于上述两种方法（即，基于迟滞的控制和预测控制），定子电压指示反馈信号（例如，Vrms）是从测量的DC链路电压（例如，Vdc）和开关状态导出的。
[0023]根据本专利技术的实施例，第一电压参考和第二电压参考这两者均被供应到输出总电压参考（例如uab*）的变换模块，其中电压参考（例如uab*）被供应到导出开关状态信号（例如Sabc）的空间矢量调制器。由此，可以支持常规的方法，并且可以利用常规的计算模块。
[0024]根据本专利技术的实施例，定子电压指示反馈信号（例如，Vrms）是从总电压参考（例如，uab*，或ud本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于生成发电机侧转换器部分（121）的转换器控制信号（265）、特别地是风力涡轮机（100）的发电机侧转换器部分（121）的转换器控制信号的方法，所述发电机侧转换器部分（121）耦合到发电机（111）、特别是永磁同步电机，所述方法包括：特别是基于谐波转矩需求（240）和转矩指示反馈信号（241，Fb），导出至少一个谐波转矩参考（245，Th*）；特别是基于谐波定子电压需求（246）和定子电压指示反馈信号（249，Vrms）导出至少一个谐波通量参考（251，psih*）；将所有的所述至少一个谐波转矩参考（245，Th*）加到基本转矩参考（253，Te*），并减去估计的发电机转矩（255，）以导出转矩误差（257）；将所有的所述至少一个谐波通量参考（251，psih*）加到基本通量参考（259，psis*），并减去估计的发电机通量（261，）以导出通量误差（263）；和基于转矩误差（257）和通量误差（263）导出转换器控制信号（265，135，Sabc）。2.根据前述权利要求所述的方法，其中转换器控制信号（265）表示定义发电机侧转换器部分（121）的多个可控开关的开关状态的开关状态信号。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中定子电压指示反馈信号（249，Vrms）是从测量的DC链路电压（Vdc）和开关状态（Sabc）导出的，特别是涉及应用调谐到感兴趣谐波的自适应带通滤波器。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中转矩误差（257）和通量误差（263）被供应到相应的迟滞控制器（268，269），迟滞控制器的输出被供应到输出开关状态（Sabc）的开关表（271），其中开关表特别地进一步基于定子通量定位输出开关状态。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中转矩误差（357）和通量误差（363）这二者被供应到导出开关状态（Sabc）的预测转矩控制（377），预测转矩控制（377）特别是包括基于模型的预测和成本函数最小化。6.根据前述权利要求1或2中任一项所述的方法，其中转矩误差（457）被供应到转矩控制器（481），并且特别是并行地也供应到谐波转矩控制器（479，HTC），它们特别是在一个或多个参考系中操作，导出第一电压参考（483），其中通量误差（463）被供应到通量控制器（485），并且特别是并行地也供应到谐波通量控制器（487，HFC），它们特别是在一个或多个参考坐标系中操作，导出第二电压参考（489），其中转换器控制信号（Sabc）是基于第一电压参考...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
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：