用于控制機電換能器的操作的方法和系統技術方案

本發明專利技術涉及用于控制機電換能器的操作的方法和系統。描述一種用于控制機電換能器的操作的方法，該機電換能器顯示出諧波操作性能，其是由具有與被分配給換能器的基波操作性能的基頻不同的頻率分量的電氣和/或機械振蕩給定的。所述方法包括（a）在第一時間段期間確定換能器的諧波操作性能的第一強度，（b）在第二時間段期間確定換能器的諧波操作性能的第二強度，其中第二時間段不同于第一時間段，（c）響應于所確定的諧波操作性能的第一強度和所確定的諧波操作性能的第二強度二者來計算諧波控制信號，（d）基于所計算的諧波控制信號來生成已修改驅動信號，以及（f）將所生成的已修改驅動信號供應給換能器的定子的電磁線圈。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及操作具有定子和轉子的機電換能器的
特別地，本專利技術涉及一種用于控制此類機電換能器的操作的方法，所述機電換能器特別地是用于風力渦輪機的發電機。此外，本專利技術涉及用于控制機電換能器的操作的對應控制系統和計算機程序。
技術介紹
機電換能器是將電能轉換成機械能或反過來的機器。電動機是廣泛使用的機電換能器，其使用磁場鏈將電能轉換成機械能。發電機是也使用磁場鏈將機械能轉換成電能的機電換能器。機電換能器包括定子和轉子。該定子是表示機電換能器的固定部分的組件。轉子·是表示機電換能器的移動且特別是旋轉部分的組件。為了實現磁場鏈，可以特別地將永久磁體用于機電換能器的轉子。近年來，尤其是由于稀土磁性材料的引入，永久磁體(PM)機電換能器已變得流行，因為其消除了對通常與常規直流(DC)機電換能器一起使用的換向器和電刷的需要。外部電轉子激勵的不存在消除了轉子上的損耗并使得永久磁體機電換能器更加高效。此外，PM機電換能器的無刷式設計允許專有地將導體線圈定位于固定定子中。在這方面，應提到的是裝配有換向器和電刷的非PM機電換能器通常易于產生明顯更高的維護成本。PM機電換能器還由于其耐久性、可控性和沒有電火花而為人所知。由于這些優點，PM機電換能器被廣泛地在許多應用中使用，諸如電動車輛(機電換能器是電動機)或在諸如例如風力渦輪機的發電系統中(機電換能器是發電機)。PM機電換能器的一個技術性問題是齒槽轉矩。齒槽轉矩由于安裝了永久磁體的轉子的“銳利邊緣”與定子線圈在PM機電換能器處于操作中時的空間相遇而在轉子與定子之間產生。在PM發電機中，齒槽轉矩是對發電機的電功率輸出信號上的所謂“轉矩脈動”有所貢獻的非期望效應。PM換能器的另一問題是機械“徑向力/壓力脈動”。兩個效應都導致PM發電機的不期望振動，其本身引起令人討厭的噪聲。對于PM發電機而言特別是如此，其特別地在風力渦輪機應用中以可變旋轉速度進行操作。避免或至少減少噪聲和振動是被用于風力渦輪機的PM發電機的設計和/或操作控制中的巨大挑戰。減少噪聲和振動的一個方法是選擇用于PM發電機的適當設計。例如，通過使用磁體的適當成形，能夠減少轉矩脈動。此外，已經提出了轉子磁體的偏置(例如US 6, 867, 524B2)。然而，通過將簡單的設計用于PM機電換能器，難以使轉矩脈動和徑向力/壓力脈動二者最小化。減少PM機電換能器內的噪聲和振動的另一方法是以所有諧振頻率都在頻率范圍之外的方式來設計換能器的機械零件，所述諧振頻率能夠被轉矩和徑向力/壓力脈動激勵。然而，在PM機電換能器的可變旋轉速度的情況下，能夠被轉矩脈動和/或徑向力/壓力脈動激勵的頻率范圍是非常寬的。因此，非常難以避免PM機電換能器的整個頻率范圍內的振動。可能存在對減少包括裝配有永久磁體的轉子的機電換能器的不期望振動的需要。
技術實現思路
可以由根據獨立權利要求的主題來滿足此需要。由從屬權利要求來描述本專利技術的有利實施例。根據本專利技術的第一方面，描述了一種用于控制機電換能器、特別是風力渦輪機的發電機的操作的方法，其中，所述機電換能器顯示出諧波操作性能，其是由具有與被分配給機電換能器的基波(fundamental)操作性能的基頻不同的頻率分量的電氣和/或機械振蕩給定的。所述方法包括(a)在第一時間段期間確定機電換能器的諧波操作性能的第一強度，(b)在第二時間段期間確定機電換能器的諧波操作性能的第二強度，其中，所述第二時間段不同于所述第一時間段，(C)響應于所確定的諧波操作性能的第一強度和所確定的諧波操作性能的第二強度二者來計算諧波控制信號，Cd)基于所計算的諧波控制信號來生成已修改驅動信號，以及(e)將生成的已修改驅動信號供應給機電換能器的定子的電磁線圈。 所述控制方法是基于這樣的思想，即通過應用能夠直接使不期望的諧波操作性能的激勵源最小化的控制程序，能夠減少機電換能器的和/或機電換能器內的噪聲和振動。根據所述方法，這是借助于用于以諧波操作性能的激勵源能夠被至少部分地消除的這種方式來激勵定子線圈的已修改驅動信號實現的。為了實現這一點，已修改驅動信號可以特別地包括交流(AC)分量。此外，根據所述的專利技術，生成的已修改驅動信號取決于諧波操作性能，其是由至少在兩個不同時間點處的機電換能器性能示出的。這可以提供優點，即能夠將最佳已修改驅動信號提供給電磁定子線圈，其允許在大的程度上消除諧波操作性能的激勵源。確定第一強度和/或第二強度可以用測量過程和/或估計程序來實現。在這方面，測量意指由諸如例如力、壓力、振動和/或加速度傳感器的至少一個適當傳感器來直接觀察機電換能器的諧波操作性能的強度。在這方面，估計意指例如通過應用適當的諧波操作性能模型來間接地確定機電換能器的諧波操作性能的強度。在本文檔中，術語“機電換能器”可以表示能夠將機械(特別是旋轉)能轉換成電能或反過來的任何機器。具體地，機電換能器可以是諸如風力渦輪發電機的發電機或諸如電動車輛的電驅動的電動機。術語“基頻”可以特別地表示機電換能器的和/或其內的任何電氣和/或機械振蕩的頻率，該頻率與機電換能器的期望操作相關聯。在這方面，基頻可以特別地是機電換能器的轉子的旋轉頻率。此外，相對于機電換能器的電氣性能，基頻可以是電信號的頻率，其(a)在發電機應用的情況下是由機電換能器產生的，或者(b)在電動機應用的情況下驅動機電換能器。通常，在機電換能器的“電氣基頻”與“機械基頻”之間存在固定整數關系。當然，如果機電換能器是變速風力渦輪機的發電機，其為用于在本文檔中描述的控制方法的優選應用領域，則基頻將隨時間推移而變。術語“基波操作性能”可以特別地表示機電換能器的或其內的任何機械和/或電氣振蕩，其具有對應于上述基頻的頻率。正常地，風力渦輪機發電機的基波操作性能將產生DC (OHz)轉矩/功率。但是，電氣基頻在8 - 18Hz范圍內隨轉子速度而變。“已修改驅動信號”可以是被用于對機電換能器的定子線圈進行電激勵的任何電信號。根據用于驅動定子線圈的特定電路，已修改驅動信號可以是電壓信號或電流信號。優選地，已修改驅動信號可以包括用于機電換能器的定子線圈的已修改電壓驅動信號Vd和Vq。在控制所述方法的控制器中，這些已修改電壓驅動信號Vd和Vq可以是d_q旋轉系中的DC分量。在物理上，被添加到定子線圈的電信號是a-b-c自然系中的基波AC信號。在這方面，應提到的是除非另外通知，否則在本文檔中所述的被用于控制方法和控制系統的所有電壓和電流信號是同步旋轉d_q參考系中的信號。 根據本專利技術的實施例，諧波操作性能基于(a)轉矩脈動振蕩和/或(b )徑向力/壓力脈動振蕩。這可以提供優點，即用所述控制方法，從 實際角度出發，能夠使用于包括具有永久磁體(PM)的轉子的機電換能器的諧波操作性能的最相關激勵源最小化。一般而言，諧波控制信號可以是諧波電流的決定因素，該諧波電流被注入到機電換能器的定子線圈中并負責使機電換能器的轉矩脈動振蕩和/或徑向力/壓力脈動振蕩最小化。從而，能夠減少由這些振蕩引起的不期望噪聲和振動。特別地，在風力渦輪機應用的情況下，可以借助于頻率轉換器來實現諧波電流到定子線圈的注入。這可以提供優點，即將不需要附加硬件成本來實現所述控制方法。此外，不需要改變已可用的硬件設計。應提到的是為了執行所述控制程序通常所需的諧波電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于控制機電換能器、特別是風力渦輪機的發電機的操作的方法，其中，機電換能器顯示出諧波操作性能，其是由具有與被分配給機電換能器的基波操作性能的基頻不同的頻率分量的電氣和/或機械振蕩給定的，該方法包括：在第一時間段期間確定機電換能器的諧波操作性能的第一強度，在第二時間段期間確定機電換能器的諧波操作性能的第二強度，其中，第二時間段不同于第一時間段，響應于所確定的諧波操作性能的第一強度和所確定的諧波操作性能的第二強度二者來計算諧波控制信號（Idacref、Iqacref、Vdac、Vqac），基于所計算的諧波控制信號（Idacref、Iqacref、Vdac、Vqac）來生成已修改驅動信號（Vd、Vq），以及將所生成的已修改驅動信號（Vd、Vq）供應給機電換能器的定子的電磁線圈。

【技術特征摘要】
2011.07.27 EP 11175583.11.一種用于控制機電換能器、特別是風力渦輪機的發電機的操作的方法，其中，機電換能器顯示出諧波操作性能，其是由具有與被分配給機電換能器的基波操作性能的基頻不同的頻率分量的電氣和/或機械振蕩給定的，該方法包括 在第一時間段期間確定機電換能器的諧波操作性能的第一強度， 在第二時間段期間確定機電換能器的諧波操作性能的第二強度，其中，第二時間段不同于第一時間段， 響應于所確定的諧波操作性能的第一強度和所確定的諧波操作性能的第二強度二者來計算諧波控制信號(Idacref、Iqacref、Vdac> Vqac), 基于所計算的諧波控制信號(Idacref、Iqacref、Vdac、Vqac)來生成已修改驅動信號(Vd, Vq),以及 將所生成的已修改驅動信號(VcUVq)供應給機電換能器的定子的電磁線圈。2.如前述權利要求2所述的方法，其中 諧波操作性能基于 轉矩脈動振蕩和/或 徑向力/壓力脈動振蕩。3.如前述權利要求中的任一項所述的方法，其中 在第一時間段期間向機電換能器的定子的電磁線圈供應第一測試驅動信號(Vd、Vq),以及 在第二時間段期間向機電換能器的定子的電磁線圈供應第二測試驅動信號(Vd、Vq),其中，第二測試驅動信號(Vd、Vq)不同于第一測試驅動信號(Vd、Vq)。4.如前述權利要求中的任一項所述的方法，其中 確定諧波操作性能的第一強度和/或第二強度包括使用機電換能器的諧波操作性能的直接測量或估計的結果。5.如前述權利要求中的任一項所述的方法，其中 確定諧波操作性能的第一強度和/或第二強度包括使用指示機電換能器的轉矩脈動振蕩和/或徑向力/壓力脈動振蕩的可觀察量的測量值(Θ e)和/或估計值和可用系統值(Id、Iq、Vd、Vq)中的至少一個。6.如前述權利要求中的任一項所述的方法，其中 計算諧波控制信號(Idacref、Iqacref、Vdac、Vqac)包括觀察機電換能器的操作參數(θπ、ωε>Ρ8)中的至少一個值，以及從數據庫(270、470)導出作為機電換能器的操作參數(θ π、ωε>Ρ8)的觀察值的函數的諧波控制信號(Idacref > Iqacref、Vdac> Vqac)。7.如前述權利要求所述的方法，其中被觀察的操作參數包括以下各項中的至少一個 一實際上由機電換能器生成或實際上由機電換能器消耗的AC信號的頻率(ωε)， 一實際上由機電換能器生成或實際上由機電換能器消耗的功率(Pg)，以及 一機電換能器的轉子的實際旋轉角(θπ)。8.如前述權利要求中的任一項所述的方法，其中在數據庫(270、470)中存儲了以下各項 用于諧波電流和/或諧波電壓的參考振幅(Ald、A2d、. . .、And、Alq、A2q、. . . >Anq),以及用于諧波電流的參考相角(9 ld、9 2d>…、9 nd> θ lq、θ 2q>…、9 nq)和I或用于諧波控制信號(Idacref、Iqacref、Vdac、Vqac)的電壓。9.如前述權利要求6至8中的任一項所述的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧恒，
申請(專利權)人：西門子公司，
類型：發明
國別省市：