用于控制功率转换器设备的控制器设备制造技术

本发明专利技术涉及用于控制功率转换器设备的控制器设备。描述了一种用于在电力发电机（204）的旋转期间控制电力发电机（204）的功率转换器设备（202）的控制器设备（200）。控制器设备（200）的信号转换器（218）被配置为接收角度信号（220），并响应于此，将电流反馈（222、224）变换到旋转d、q参考系的两个轴上。此外，提供了一种电流控制器（226），该电流控制器（226）具有调节器（228），其接收d轴反馈（222）和d轴需求（214），并响应于此，提供在减小d轴反馈（222）与d轴需求（214）之间的差异方面起作用的d轴响应（230）。控制器设备的误差单元（232）基于d轴调节器（228）的d轴响应（230）来提供指示旋转参考系的角度误差的误差信号（234）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于控制发电机的功率转换器设备的控制器设备和对这种控制器设备进行操作的方法的领域。
技术介绍
为了控制使用频率转换器的感应式电机，通常使用的控制技术是“矢量控制”，也被称作场定向控制(F0C)，其利用电机速度和角度的知识来确定将允许对电机磁通和转矩或功率的独立控制的转换器输出电压的适当振幅和角度(相位)。可以例如经由对编码器的使用来直接測量或者使用“无编码器”速度观察器来间接测量电机轴转速和角度。许多已知控制器涉及其中将感应式电机用作电动机以及发电机的应用。因此，这 种控制器需要迎合可能在纯发电机应用中不相关的条件。这种条件可以包括零速度处和周围的操作，并且因此可以包括发电机的定子端子上零电压处和周围的操作。典型地，除转子磁通的角度的知识以外，电动机运行应用还典型地需要轴转速和/或角度的知识。这些需要可以导致复杂的控制策略。鉴于上述情形，存在对ー种使得能够针对电カ发电机的功率转换器设备提供控制器设备的简化技术的需要。
技术实现思路
这种需要可以通过根据独立权利要求的主题来满足。这里公开的主题的有利实施例由从属权利要求描述。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于在电カ发电机的旋转期间控制所述电カ发电机的功率转换器设备的控制器设备，所述控制器设备包括用于接收电流反馈的反馈输入端；用于接收电流需求的需求输入端，所述电流需求包括第一 d轴需求和第二 q轴需求，所述第一 d轴需求针对由所述电カ发电机的转子磁通的方向定义的d轴上的电流，并且所述第二q轴需求针对由所述电カ发电机中的磁通所生成的定子反电动势的方向定义的q轴上的电流；信号转换器，其被配置为接收角度信号，并响应于此，将所述电流反馈变换到旋转參考系的两个轴上，其中，參考系的旋转角由所述角度信号定义，所述两个轴是d轴和q轴，并且，所述电流反馈的变换得到d轴反馈和q轴反馈；电流控制器，被配置为将所述d轴反馈与所述d轴需求相匹配并将所述q轴反馈与所述q轴需求相匹配，所述电流控制器具有调节器，所述调节器接收所述d轴反馈和所述d轴需求，并响应于此，提供在减小所述d轴反馈与所述d轴需求之间的差异方面起作用的d轴响应；以及误差単元，其用于基于d轴调节器的d轴响应来提供指示所述旋转參考系的角度误差的误差信号。本专利技术的该方面基于以下思想在矢量控制器设备中将提供d轴响应的d轴调节器的输出用作针对控制器轴的未对准的度量，所述d轴响应在减小d轴反馈与d轴需求之间的差异方面起作用。应当理解，这里使用的术语“參考系”并不指代作为物理实体的系，而是指代在矢量控制应用中通常被称作“參考系”的相应坐标系。这里，一般地，所述功率转换器设备包括功率转换器，并且可选地还包括其他处理级。根据ー个实施例，控制器设备输出在变为对发电机端子应用的至少ー个实际电压之前经过所述功率转换器设备的其他级。根据ー个实施例，所述调节器包括比例组件，所述比例组件使用比例项，即，与用于减小所述d轴反馈与所述d轴需求之间的差异的输入成比例的项。根据另ー实施例，所述调节器包括积分(integral)组件，所述积分组件使用积分项，例如，用于减小所述d轴反馈与所述d轴需求之间的差异的随时间段积分的输入。根据又ー实施例，所述调节器包括微分组件，所述微分组件使用微分项，例如，用于减小所述d轴反馈与所述d轴需求之间的差异的输入的微商。在示例性实施例中，所述调节器是具有比例组件和积分组件的比例-积分调节 器。根据ー个实施例，所述误差単元包括emf输入端，用于接收指示估计的定子反电动势的量值的估计的定子反电动势信号；以及除法器，用于通过将所述d轴响应除以估计的定子反电动势的量值来提供所述误差信号。所述误差信号的量值受到參考系的轴与转子磁通之间的未对准的角度以及定子反电动势的振幅影响。因此，将所述误差信号除以估计的定子反电动势，结果与所述未对准的角度成比例。这便于进ー步处理所述误差信号。根据另ー实施例，所述电流控制器具有q轴调节器，其接收所述q轴反馈和所述q轴需求，并响应于此，提供在减小所述q轴反馈与所述q轴需求之间的差异方面起作用的q轴响应；以及估计器，其用于基于所述q轴调节器的q轴响应来提供估计的定子反电动势信号。为此，假定如果q轴电流控制上的所有前馈项是正确的(这些前馈项之ー是“所观察的”反emf)，则所述q轴调节器应当不会对来自所述电流控制器的输出电压做出贡献。因此，根据上述实施例，所述q轴调节器的输出用作对前馈项是否正确的指示。并且，如果所述q轴调节器输出是非零，则假定所述前馈项是错的，并且还假定这是由于反emf并未被正确估计，从而需要对定子反电动势的估计的修改。根据另ー实施例，所述控制器设备还包括角度反馈单元，其用于接收所述误差信号，并响应于此，将所述角度信号提供给所述信号转换器。所述反馈単元可以是依赖于所提供的误差信号的种类以任何合适方式来配置的。所述误差信号的种类进而依赖于针对所述误差信号的生成而实现了哪些实施例。根据ー个实施例，所述角度反馈单元包括锁相环，其用于接收所述误差信号，并响应于此，提供指示參考系的估计的旋转速度的速度信号；以及积分器，其用于通过处理所述速度信号以将參考系的估计的旋转速度积分为參考系的旋转角，来提供所述角度信号。对锁相环的使用具有以下优点这种组件得以透彻理解并且成为可用的技木。例如，所述锁相环可以类似于用于将转换器输出与电网进行同步的锁相环。根据这里公开的主题的第二方面，提供了一种对用于在电力发电机的旋转期间控制所述电カ发电机的功率转换器设备的控制器设备进行操作的方法，所述方法包括接收电流反馈；接收电流需求，所述电流需求包括第一 d轴需求和第二 q轴需求，所述第一 d轴需求针对由所述电カ发电机的转子磁通的方向定义的d轴上的电流，并且所述第二 q轴需求针对由所述电カ发电机中的磁通所生成的定子反电动势的方向定义的q轴上的电流；接收角度信号，并响应于此，将所述电流反馈变换到旋转參考系的两个轴上，其中，參考系的旋转角由所述角度信号定义，所述两个轴是d轴和q轴，并且，变换所述电流反馈得到d轴反馈和q轴反馈；在匹配操作中，将所述d轴反馈与所述d轴需求相匹配并将所述q轴反馈与所述q轴需求相匹配，所述匹配操作包括将所述d轴反馈和所述d轴需求提供给d轴调节器并响应于此从所述d轴调节器接收d轴响应,所述d轴响应在减小所述d轴反馈与所述d轴需求之间的差异方面起作用；以及基于所述d轴响应来提供指示所述旋转參考系的角度误差的误差信号。根据ー个实施例，所述方法包括接收指示估计的定子反电动势的量值的估计的定子反电动势信号；以及通过将所述d轴响应除以估计的定子反电动势的量值来提供所述误差信号。根据这里公开的主题的实施例提供的术语d轴响应指定该响应不包括仅在“总体d轴响应”中包括的前馈项。 根据另ー实施例，所述匹配操作还包括将所述q轴反馈和所述q轴需求提供给q轴调节器，并响应于此，从所述q轴调节器接收q轴响应，其中，所述q轴响应在减小所述q轴反馈与所述q轴需求之间的差异方面起作用；基于所述q轴调节器的q轴响应来提供估计的定子反电动势信号。例如，在一个实施例中，所述估计的定子反电动势信号是所述q轴调节器的q轴响应。 根据ー个实施例，所述反馈単元包括响应于所述误差信号，提供指示參考系的估计的旋转速度的速度信号；以及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.01.18 EP 11151234.91.用于在电力发电机(204)的旋转期间控制所述电カ发电机(204)的功率转换器设备(202)的控制器设备(200)，所述控制器设备(200)包括 -用于接收电流反馈(208)的反馈输入端(206)； -用于接收电流需求(214、216)的需求输入端(210、212)，所述电流需求包括第一 d轴需求(214)和第二 q轴需求(216)，所述第一 d轴需求(214)针对由所述电カ发电机(204)的转子磁通的方向定义的d轴(102)上的电流，所述第二 q轴需求(216)针对由所述电カ发电机(204)中的磁通所生成的定子反电动势(103)的方向定义的q轴上的电流； -信号转换器(218)，其被配置为接收角度信号(220)，并响应于此，将所述电流反馈(208)变换到旋转參考系的两个轴(101、102)上，其中，參考系的旋转角由所述角度信号(220)定义，所述两个轴是d轴和q轴，并且，变换所述电流反馈(208)得到d轴反馈(222)和q轴反馈(224)； -电流控制器(226)，其被配置为将所述d轴反馈(222)与所述d轴需求(214)相匹配并将所述q轴反馈(224)与所述q轴需求(216)相匹配，所述电流控制器(226)具有d轴调节器(228 )，所述d轴调节器(228 )接收所述d轴反馈(222 )和所述d轴需求(214)，并响应于此，提供在减小所述d轴反馈(222)与所述d轴需求(214)之间的差异方面起作用的d轴响应(230)； -误差单元(232 )，其用于基于d轴调节器(228 )的d轴响应(230 )来提供指示所述旋转參考系的角度误差的误差信号(234)。2.根据权利要求I所述的控制器设备，其中，所述d轴调节器(228)包括比例-积分调节器(227)。3.根据权利要求I或2所述的控制器设备，其中，所述误差単元(232)包括 -emf输入端(236)，其用于接收指示估计的定子反电动势的量值的估计的定子反电动势信号(238);以及 -除法器(240)，其用于通过将所述d轴响应(230)或从所述d轴响应(230)导出的量(244)除以估计的定子反电动势的量值(238)来提供所述误差信号(234)。4.根据权利要求3所述的控制器设备， -所述电流控制器(226 )具有q轴调节器(246 )，所述q轴调节器(246 )接收所述q轴反馈(224)和所述q轴需求(216),并响应于此,提供在减小所述q轴反馈(224)与所述q轴需求(216)之间的差异方面起作用的q轴响应(248)； -估计器(270)用于基于q轴调节器(246)的q轴响应(248)来提供估计的定子反电动势信号(238)。5.根据前述权利要求之一所述的控制器设备，还包括 -角度反馈单元(272)，其用于接收所述误差信号(234)，并响应...

【专利技术属性】
技术研发人员：P戈德里奇，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：