用于控制频率转换器的方法和频率转换器技术

本发明专利技术涉及用于控制频率转换器的方法和频率转换器。一种用于控制频率转换器（7）的方法，所述频率转换器带有整流器（11）、经由DC链路（12）连接到整流器（11）的逆变器（13）、整流器控制器（14）和逆变器控制器（15），所述方法具有以下步骤：确定用于整流器控制器（14）的最小整流器DC链路电压；确定用于逆变器控制器（15）的最小逆变器DC链路电压；将最小DC链路电压确定为最小整流器DC链路电压和最小逆变器DC链路电压中的最大值；基于最小DC链路电压和最大允许DC链路电压中的最小值来确定最佳DC链路电压基准；和基于最佳DC链路电压基准来控制整流器控制器（14）和/或逆变器控制器（15）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及一种用于控制频率转换器的方法，涉及一种频率转换器并且涉及一种电能产生设备诸如、例如风力涡轮机。而且，本专利技术涉及一种电动机。特别地，本专利技术涉及在AC输入功率到AC输出功率的转换中的DC链路的优化。
技术介绍
风力涡轮机通过使用风力来驱动发电机的转子而将风能转换成电能。发电机产生具有依赖于转子的旋转速度即风力的频率的AC功率。频率转换器或者功率转换器能够被用于将如由风力涡轮机的发电机提供的具有可变频率的AC功率转换成具有电网的恒定频率的AC功率。通常这种频率转换器具有用于将AC功率转换成被馈送到所谓的DC链路的DC功率的整流器。DC链路将整流器与逆变器连接，该逆变器将DC功率转换成具有电网频率的AC功率。对于低压频率转换器的硬件，最大允许电压可以高于1200V。通过控制供应网络或者电网功率或/和发电机功率，频率转换器的DC链路电压(Vdc)通常在所有的操作点均被固定于1100V。DC链路电压将确定频率转换器的以及还有发电机的损耗。例如，频率转换器的开关损耗与DC链路的电压的平方成比例。只要DC链路电压是足够高的，发电机侧和电网侧的所有控制目标便能够实现。必要或者最小DC链路电压能够由发电机电压、电网电压、发电机电流和电网电流确定。对于可变速度风力涡轮机，在低风速下，发电机电压、发电机电流和电网电流是低的。在低风速条件下的必要DC链路电压比1100V更低得多。例如，如果电网电压是690V，贝U用于10%负载的必要DC链路电压小于1000V。在此情形中，固定的DC链路电压增加了在转换器和发电机处的不必要的损耗。在另一方面，固定的1100V DC链路电压确定在满负载条件下的最大允许转子速度和发电机的功率。因此，由于受到限制的固定DC链路电压，风力涡轮机的瞬时超载和超速不能被实现。同样固定DC链路电压能够限制发电机的操作速度和功率。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于改进功率的转换。根据本专利技术分别地利用权利要求1、6和10的特征解决了这个目的。在一个方面中，本专利技术涉及一种用于控制频率转换器的方法，该频率转换器带有整流器、经由DC链路连接到整流器的逆变器、整流器控制器和逆变器控制器，该方法具有以下步骤 -确定用于整流器控制器的最小整流器DC链路电压； -确定用于逆变器控制器的最小逆变器DC链路电压； -将最小DC链路电压确定为最小整流器DC链路电压和最小逆变器DC链路电压中的最大值；-基于最小DC链路电压和最大允许DC链路电压中的最小值来确定最佳DC链路电压基准；和 -基于最佳DC链路电压基准来控制整流器控制器和/或逆变器控制器。最佳DC链路电压基准能够例如被确定为最小DC链路电压和最大允许DC链路电压中的最小值。然而，最佳DC链路电压基准还能够以不同的方式被确定。例如,最佳dc链路电压基准能够是被添加到最小dc链路电压和最大允许dc链路电压中的最小值的某个裕度。该控制方法通过调节DC链路的电压基准改进如在风力涡轮机中的频率转换器和所连接的发电机的效率和操作范围。能够基于频率转换器的、发电机的和/或风力涡轮机的操作点实现这个。能够从整流器或者发电机侧和/或从逆变器或者电网侧控制DC链路电压。能够直接地或者经由另一控制器或者计算机间接地控制整流器控制器和/或逆变器控制器。利用根据本专利技术的方法，变化的DC链路电压得以实现。电压范围能够例如在950V到1200V之间，这能够依赖于硬件设计。该方法改进了转换器的和所连接的发电机的效率。例如能够在可以降低冷却成本时增加系统如风力涡轮机的年能量生产。由于变化的DC链路电压，风力涡轮机的操作范围增加并且超载状况或者功率提升功能能够被实现。所述确定可以是基于当前操作条件的。特别地对于带有内电流环的控制器而言，这是有益的。频率转换器可以将发电机或者电动机与供应网络连接。如例如在风力涡轮机中的这种设置得益于该方法。能够直接地或者经由例如滤波器、检测单元和测量装置等间接地连接这个系统的部件。可以以低于控制器的带宽的速率确定最佳DC链路电压基准。带宽能够是整流器控制器的、逆变器控制器的和/或一般地DC链路控制的带宽。术语控制器涵盖参与DC链路电压的控制的所有单元。这个减慢的速率保证了控制环的稳定性。整流器控制器和/或逆变器控制器的电流可以受到控制。可替代地电压或者功率能够受到控制。通常电流控制器是控制器的内环从而电流的控制易于实现。在第二方面中，本专利技术涉及一种用于将AC输入功率转换成AC输出功率的频率转换器，该频率转换器包括整流器、与整流器通信的DC链路、与DC链路通信的逆变器、整流器控制器、逆变器控制器和DC链路电压控制器，其中DC链路电压控制器包括用于AC输入功率和AC输出功率的电压和电流的输入端和与整流器控制器和/或逆变器控制器通信以输出最佳DC链路电压基准的基准输出端，并且其中DC链路电压控制器基于AC输入功率和AC输出功率的电压和电流产生最佳DC链路电压基准。如上所述的相同修改和优点在这里适用。整流器能够是在正常操作中作为整流器而操作的发电机桥或者其一部分。逆变器能够是在正常操作中作为逆变器而操作的电网或者网桥或者其一部分。DC链路电压控制器可以被布置在整流器控制器中和/或逆变器控制器中。能够从发电机侧、电网侧或者这两侧选择DC链路电压是否受到控制。在这些控制器内部定位DC链路电压控制器具有短信号传输和容易实现的益处。当然它能够位于另一控制器如例如风力涡轮机控制器中。DC电压控制器可以包括用于AC输入功率的功率、用于发电机的扭矩、用于发电机的角速度和/或用于AC输出功率的功率的输入端。这些其它的输入端能够增强控制的可靠性。该频率转换器可以包括整流器电流控制器和/或逆变器电流控制器，其中DC链路电压控制器的基准输出端可以与整流器电流控制器和/或逆变器电流控制器通信。该通信可以是直接的或者例如经由整流器控制器和/或逆变器控制器或者另一控制器而间接的。在其它方面中，本专利技术涉及一种包括如上所述的频率转换器的电能产生设备。如上所述的相同的修改和优点在这里适用。该电能产生设备可以包括用于产生AC功率的发电机。转换器有益地与发电机组口 ο除了电能产生设备如用于产生AC功率的发电机之外，所提出的用于控制dc链路电压的方法还能够被用于驱动电动机的频率转换器。在更进一步的方面中，本专利技术因此涉`及一种包括如上所述的频率转换器的电动机。如上所述的相同的修改和优点在这里适用。该电能产生设备可以是风力涡轮机。特别地对于具有发电机的风力涡轮机，所提出的专利技术是有益的，所述发电机具有根据风力变化的负载。附图说明包括了附图以提供对实施例的进一步的理解。其它实施例和很多预期优点将易于理解，因为通过参考以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件未必彼此间成比例。相似的参考数字指定相应的类似的部分。图I图示带有根据本专利技术的频率转换器的风力涡轮机的电气设备的示意图。图2图示用于控制根据本专利技术的频率转换器的方法的第一实施方式。图3图示用于控制根据本专利技术的频率转换器的方法的第二实施方式。具体实施例方式在以下详细描述中，对形成其一部分并且其中通过示意示出在其中可以实施本专利技术的具体实施例的附图进行参考。在这方面，参考正被描述的(一个或者多个)图的定向使用了方向术语，诸如“顶部”或者“底部”等本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于控制频率转换器（7）的方法，所述频率转换器（7）带有整流器（11）、经由DC链路（12）连接到整流器（11）的逆变器（13）、整流器控制器（14）和逆变器控制器（15），所述方法具有以下步骤：？确定用于整流器控制器（14）的最小整流器DC链路电压；？确定用于逆变器控制器（15）的最小逆变器DC链路电压；？将最小DC链路电压确定为最小整流器DC链路电压和最小逆变器DC链路电压中的最大值；？基于最小DC链路电压和最大允许DC链路电压中的最小值来确定最佳DC链路电压基准；以及？基于最佳DC链路电压基准来控制整流器控制器（14）和/或逆变器控制器（15）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：邓恒，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：