双馈感应电机的控制制造技术

提供了一种控制双馈感应电机

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双馈感应电机的控制


[0001]本专利技术涉及一种控制双馈感应电机
(DFIM)
的操作的方法，特别地当在风力涡轮机中操作时
。
本专利技术还涉及相应的控制系统
、
风力涡轮机和计算机程序
。

技术介绍

[0002]可变速度风力涡轮机包括发电机，该发电机将由风力涡轮机转子的旋转轴提供的机械功率转换成电功率，该电功率的频率借助于电功率转换器调节到电网频率
。
例如，风力涡轮机可以配备双馈感应发电机
(DFIG)
，其定子直接连接到电网，并且其转子连接到控制转子电流的功率转换器
。
旋转转子的转子场特别被控制成使得定子绕组中感应的电功率与电网频率同步
。
这种配置具有以下优点：只有产生的电功率的一小部分需要由功率转换器转换
。
[0003]在这种类型的电机中，可能产生槽谐波失真，这例如是由于转子的槽对气隙通量的扰动而引起的，转子绕组布置在所述槽中
。
这种失真包括谐波和间谐波失真二者，其使由风力涡轮机产生的电功率的电力质量降级
。
通常，电网运营商针对谐波和间谐波发射设置了严格的限制，其中间谐波失真的限制甚至低于谐波失真的限制
。
[0004]为了处理这种谐波和间谐波失真，已知若干减轻技术
。
相应电机中的标准谐波消除可以例如包括调整定子和转子槽数
、
节距
(pitch)
缩短和槽偏斜/>。
此外，采用调谐滤波器和有源间谐波消除设备来减少谐波和间谐波失真，并使其保持低于电网监管要求设置的限制
。
然而，这种修改和减轻措施可能需要硬件或软件方面的额外资源，并且可能此外增加发电机和额外装置的成本
。
特别地，额外的滤波器或有源消除系统是成本密集的，并且构成了需要操作的额外设备
。
期望减少相应失真的发射，并且以成本高效和资源高效的方式来这样做
。

技术实现思路

[0005]因此，需要减轻上述缺点中的至少一些，特别是提供对由
DFI
电机的操作引起的失真的改善的减轻
。
[0006]独立权利要求的特征满足了这一需求
。
从属权利要求描述了优选实施例
。
[0007]根据本专利技术的实施例，提供了一种控制双馈感应电机
(DFIM)
的操作的方法
。DFIM
包括电耦合到电网的定子和以旋转速度旋转的转子
。DFIM
具有转子的同步旋转速度和转子的额定旋转速度
(
其可能高于同步旋转速度
)。
转子以同步旋转速度的旋转产生具有谐波阶的一个或多个槽谐波失真
。
该方法包括以转子的额定旋转速度操作
DFIM
，其中转子的额定旋转速度被设置为被选择成使得在转子的额定旋转速度下所述槽谐波失真中的一个或多个的谐波阶的偏移是整数或者在整数的预定义限制内的值
。
[0008]因此，通过选择额定旋转速度，使得谐波失真按整数偏移，减少或者甚至可以不产生间谐波失真
。
通过避免产生间谐波失真，可以减少对谐波滤波器或有源消除设备的需求，或者可以根本不需要这种设备
。
在额定旋转速度下仍会发生的谐波失真可以更容易地减
轻，例如通过采用诸如槽偏斜等标准方法
。
此外，电网运营商针对谐波失真的发射设置的限制显著高于针对间谐波失真，使得谐波失真的剩余量可以被提供到电网中而无需额外的滤波
。
由于通过选择特定值的额定旋转速度避免了间谐波失真，因此该解决方案可以以最小的成本实施，同时实现显著的益处
。
特别是已经发现，剩余的谐波失真足够低，使得消除技术根本不必要
。
[0009]应该清楚的是，通过将谐波阶的偏移定义为整数，即失真按全谐波阶或其倍数偏移，额定旋转速度被定义为对应于特定的离散值
。
因此，对于额定旋转速度所设置的值仍有灵活性；然而，它不会被设置为任何任意值
。
相反，谐波阶的偏移是整数的条件允许导出转子的额定旋转速度的相应可能
(
离散
)
速度值
。
通过这种方法，额定速度被设置成使得由于转子槽而引起的间谐波失真被减轻或者甚至被避免，即由转子槽产生的失真主要是谐波失真
。
还应该清楚的是，偏移指的是相对于同步旋转速度下的阶的偏移
。
[0010]整数可以是正数或负数，即
±
1、
±2……
应该清楚的是，由于系统是物理系统，所以偏移可能不对应于全阶的
100
％，而是近似于全阶
。
由于系统的物理性质而导致的这种偏差被认为隐含在术语“整数”中
。
在整数的预定义限制内可以例如指整数的
±
10
％
、
±5％
、
±3％
、
±1％或
±
0.1
％的限制
。
还应该清楚的是，由于存在谐波阶的偏移，整数不为零
。
此外，应该清楚的是，额定旋转速度可以大于或小于同步旋转速度，但不等于同步旋转速度，因为存在
(
多个
)
谐波失真的阶的偏移
。
[0011]优选地，谐波失真的阶所偏移的整数是偶数
。
在同步旋转速度下，谐波失真的阶通常是奇数，使得通过按偶数偏移阶，得到的阶同样是奇数
。
奇数阶谐波失真的可接受限制通常高于针对偶数阶谐波的那些，使得当将阶按偶数整数偏移时，可能不需要额外的补偿装置或额外的补偿措施
。
然而，其他实现方式也可以包括按奇数整数偏移阶
。
[0012]优选地，当
DFIM
的转子以额定旋转速度操作时，在转子的同步旋转速度下存在的多个或所有的槽谐波失真的阶按整数偏移
。
[0013]双馈感应电机
(DFIM)
优选为双馈感应发电机
(DFIG)
，但也可以是马达
(motor)。DFIM
优选地是三相
DFIM
，并且其优选地具有
1、2、3
或更多的极对数
。
[0014]对于
DFIM
，同步旋转速度通常取决于电网频率
。
对于发电机，同步旋转速度例如可以是转子的旋转速度，在该旋转速度下，当转子电流被设置为
DC
电流时，
DFIM
产生电网频率
(
例如
50Hz
或
60Hz)。
[0015]DFIM...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种控制双馈感应电机
DFIM
的操作的方法，其中
DFIM(20)
包括电耦合到电网
(150)
的定子
(21)
和以旋转速度旋转的转子
(22)
，并且其中
DFIM(20)
具有转子
(22)
的同步旋转速度
(n
sync
)
和转子
(22)
的额定旋转速度
(202)
，其中转子
(22)
以同步旋转速度
(n
sync
)
的旋转产生具有谐波阶
(h)
的一个或多个槽谐波失真，其中所述方法包括在转子
(22)
的额定旋转速度
(202)
下操作
DFIM(20)
，其中转子
(202)
的额定旋转速度被设置为被选择成使得在转子的额定旋转速度
(202)
下的所述槽谐波失真中的一个或多个的谐波阶的偏移是整数或者在整数的预定义限制内的值
。2.
根据权利要求1所述的方法，其中转子
(22)
的滑差
(s)
根据转子的同步旋转速度
(n
sync
)
和转子的旋转速度
(n
rot
)
之间的差来定义，其中转子
(22)
的额定旋转速度
(202)
通过将转子的额定旋转速度下的滑差设置为预定值来设置
。3.
根据权利要求2所述的方法，其中滑差
s
定义为
s
＝1‑
(n
rot
/n
sync
)
，其中
n
rot
是转子的旋转速度，并且
n
sync
是同步旋转速度
。4.
根据权利要求2或3所述的方法，其中转子的额定旋转速度
(202)
下的滑差的预定值设置为预定分数
(F)
的整数倍，其中预定分数
(F)
由转子
(22)
的对称确定
。5.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中转子的额定旋转速度
(202)
被设置为由等式
n
r
＝
60*(1
±
k*F)*f/p
确定的以
rpm
为单位的值
n
r
，其中
k
是整数，
F
是由所述转子
(22)
的对称性确定的预定分数，
f
是电网频率，并且
p
是转子
(22)
的极对数
。6.
根据权利要求4或5所述的方法，其中，对于
DFIM
的奇数相数，所述预定分数
(F)
是
1/(2*m)
，和
/
或其中，对于
DFIM
的偶数相数，所述预定分数
(F)
是
1/m
，其中
m
是
DFIM
的相数
。7.
根据权利要求4或5所述的方法，其中
DFIM
具有集中转子线圈，其中所述预定分数
(F)
是
p/Q
，其中
p
是转子的极对数，并且
Q
是转子的集中线圈的总数
。8.
根据权利要求4或5所述的方法，其中
DFIM
具有分数转子绕组，其中预定分数
(F)
是
p/R
，其中
R
是
Z
和
(2*p*m)
之间的除法的余数，其中
Z
是转子槽的总数，
p
是转子的极对数，并且
m
是转子的相数
。9.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，
DFIM
是双馈感应发电机
DFIG
，其中，转子
(22)
的额定旋转速度
(202)
是转子的最大额定旋转速度，其中，
DFIG
被...

【专利技术属性】
技术研发人员：E，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源创新与技术有限公司，
类型：发明
国别省市：