用于控制ＡＣ发电机的方法和控制设备技术

本发明专利技术涉及一种用于控制ＡＣ发电机的方法和控制器，所述ＡＣ发电机结合具有可变速度的风力涡轮机使用。将多相发电机连接到可控转换器并且对其进行控制以提供期望功率和期望转矩。生成将提供期望功率或者转矩的ＡＣ基准信号。可以考虑所述基准使用Ｐ＋谐振转换器通过向所述可控转换器施加控制信号来控制所述发电机的电气特性。从而，不需要将所述电气特性变换到旋转坐标系中，这能够提供不太复杂的控制器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于控制连接到可控转换器的多相交流(AC)发电机的方法，所述发电机具有转子，所述转子具有连接到至少一个风力涡轮机叶片的轴。本专利技术还涉及一种适用于执行所述方法的控制设备。
技术介绍
在US 5，083，039中公开了这样一种方法，其描述了连接到功率转换器的AC电感发电机。使用利用场取向操作的PI调节器来控制发电机的转矩。然后控制功率转换器以提供产生期望转矩的定子电流。这使得控制器能够完全消除静止状态下的误差。然而，这种系统的一个缺点是相对复杂。
技术实现思路
本公开的目的在于完全或者部分克服上述问题，并且尤其是提供一种用于控制AC 发电机的不太复杂的方法和设备。通过如权利要求1所限定的方法或者如权利要求11所限定的执行所述方法的对应控制设备来实现所述目的。更具体而言，所述方法包括确定由所述发电机的转子生成的转子通量的旋转速度和相位，确定所述AC发电机的电气特性，基于所述转子通量的所述相位来生成AC基准信号，确定代表所述AC发电机的所述电气特性与所述AC基准信号之间的差异的误差信号，将所述误差信号施加至控制器以生成基准电压，其中所述控制器具有反馈函数和谐振函数， 所述谐振函数具有设置成对应于所述定子通量基准的频率的可变谐振频率，并且将所述基准电压施加到所述可控转换器。具有谐振特性的控制器的使用意味着可以将定子电流以及定子通量控制为交变信号。因此，不需要将待控制的电流或者定子通量变换到旋转坐标系(frame)中，这提供了不太复杂的控制器。由于谐振频率根据基准信号并且最终根据风力涡轮机的旋转而变化， 因此，即使在风速变化时，控制器也能够正确地控制转换器。可以基于与期望功率和实际功率之间的差异对应的误差信号生成所述AC基准信号。然而，作为选择，可以基于与期望转矩和实际转矩之间的差异对应的误差信号生成所述 AC基准信号。所述AC基准信号可以是AC电流基准或者AC定子通量基准，并且所确定的电气特性可以是AC电流信号或者AC定子通量估计。所述控制器可以是包括比例系数Kp和谐振系数K1的P+谐振控制器，其中Kp和K1 是常数或者可选地根据所述转子通量的旋转速度而变化，然而，在任何情况下，所述控制器的谐振频率根据所述转子速度变化。此外，所述基准电压可以补偿所述发电机的电磁力EMF。这提供了更加有效的控制。根据所述方法设计所述控制设备。在本专利技术的一方面，提供一种用于连接到可控转换器的多相交流(Ac)发电机的控制设备，所述多相交流发电机包括连接到至少一个风力涡轮机叶片的转子，所述设备包括用于检测由所述转子生成的转子通量的旋转速度的第一检测器装置、用于确定所述AC发电机的电气特性的传感器块、用于基于所述转子通量的相位生成AC基准信号的基准生成器，所述转子通量的所述相位基于所述旋转速度来确定、 用于确定代表所述电气特性和所述AC基准信号之间的差异的误差信号的误差信号生成器、以及适于基于所述误差信号生成基准电压的控制器，其中所述控制器具有反馈函数和谐振函数，所述谐振函数具有被设置成对应于所述定子通量基准的频率的可变谐振频率， 其中所述基准电压适于控制所述可控转换器。附图说明图1示意性示出了可以应用本公开的控制方法的情景。图2示出了在永磁同步发电机(PMSG)中的电流向量。图3A示意性示出了 P+谐振控制器。图;3B示出了 P+谐振控制器的波特曲线。图4示出了基于发电机功率调节涡轮机速度的外部环路。图5示出了根据本专利技术一个实施例的控制设备。图6示出了根据本专利技术另一实施例的控制设备。图7示出了根据控制自然坐标系中的电流的实施例的控制设备。图8示出了根据另一实施例控制自然坐标系中的电流的控制设备。图9示出了根据本专利技术一个实施例用于异步机器的控制器。图10示出了根据本专利技术另一实施例用于异步机器的控制器。图11示出了 EMF的光学前向反馈补偿。具体实施例方式图1示意性示出了可以应用本公开的控制方法或者设备的情景。具有处于旋转运动中的至少一个叶片2的风力涡轮机1经由可选的齿轮箱3连接到风力涡轮发电机 (WTG) 5，所述齿轮箱3用于增加所述运动的旋转速度，所述风力涡轮发电机5将旋转运动转换为电功率。WTG 5旨在向固定频率(典型地为50或者60Hz)的电网7供应功率。即使能够与该电网同步地运行WTG，例如通过控制叶片2的桨距，但是更优选的是，允许风力涡轮机叶片2旋转速度在某些范围内变化。由于可以例如允许风力涡轮机叶片对于给定的风速以最佳速度旋转，因此这提供了更高的能效。此外，出于整体改善的性能可以进行其它考虑。例如，可以降低风力涡轮机的部件易受影响的机械应力，以使得可以将维护成本保持为低。因此，允许WTG 5产生与电网7异步的交流(AC)功率。AC/DC转换器9连接到WTG 5的定子绕组并且将其输出AC功率转换为直流(DC)功率。AC/DC转换器9经由滤波电容器11连接到将直流(DC)功率转换为与电网7同步的AC功率的DC/AC转换器13。可以将变压器(未示出)放置在DC/AC转换器13和网7之间。在典型的示例中，对于给定的风速，期望以特定的期望旋转速度ω*运行风力涡轮机1。然后可以在三个级联环路中实现控制。首先，从期望旋转速度ω*减去实际旋转速度ω以提供速度误差信号。将该速度误差信号馈送到响应输出期望功率信号P*的速度控制器15。其次，从期望功率P*减去实际功率P以提供功率误差信号。将该功率误差信号馈送到功率控制器17，所述功率控制器 17响应输出定子功率生成电流信号f的期望幅值。作为使用功率作为控制参数的替代，如图4所示，可以代替使用转矩。然后速度控制器15’输出与实际转矩相比较的期望转矩速度T*以提供馈送到功率控制器17’的转矩误差信号。作为响应，功率控制器17’输出定子功率生成电流信号f的期望幅值。根据下面公式，WTG的功率和转矩通过角速度(即，转子的旋转速度)相关P= ω 转子· T这意味着，在应用于WTG时，转矩和功率控制呈现不同的特性。更具体而言，在控制WTG的转矩时，需要在控制环路中包括转子速度。因此在待控制的信号是功率时功率控制优于转矩控制，这是由于对于两种控制方法来说瞬态响应不同，即在使用转矩控制时，在可以应用正确的控制之前，功率的改变将要求解决转子速度和转矩二者。第三，返回到图1，控制器19至少响应于WTG 5的电气特性和基准信号而输出定子电压信号 。在本专利技术的实施例中，响应于期望的定子电流信号^和实际定子电流信号 i(i，i，i&)输出定子电压信号 。在本专利技术的替代实施例中，存在定子通量基准生成器18以基于期望的定子电流信号f输出定子通量基准里气之后控制器19至少响应于定子通量基准信号f和估计的定子通量而输出定子电压信号11。在当前实施例中，通量估计器20例如根据风力涡轮发电机5的实际定子电流信号(is，ife，ifi)来确定估计的定子通量。在全部实施例中，将定子电压信号U馈送到相应地控制AC/DC转换器9的PWM调制器21。本公开涉及这些控制环路中的第三环路，即调节定子电流或者定子通量的最内侧环路。应该理解，可以按照其它方式实现较外侧环路的功能，这将不再进行进一步描述。然而，一个示例将提供查找表，所述查找表响应于给定的风流或者叶片速度而提供期望的定子电流。此外，由于DC/AC转换器1本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于控制连接到可控转换器的多相交流（ＡＣ）发电机的方法，所述发电机具有转子，所述转子具有连接到至少一个风力涡轮机叶片的轴，所述方法包括：确定由所述转子生成的转子通量的旋转速度和相位，确定所述ＡＣ发电机的电气特性，基于所述转子通量的所述相位生成ＡＣ基准信号，确定代表所述ＡＣ发电机的所述电气特性与所述ＡＣ基准信号之间的差异的误差信号，将所述误差信号施加到控制器以生成基准电压，其中所述控制器具有反馈函数和谐振函数，所述谐振函数具有被设置成对应于所述定子通量基准的频率的可变谐振频率，以及将所述基准电压施加到所述可控转换器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·薄，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：DK