[发明专利]具有控制装置的固定式能量产生设备和用于控制该设备的方法

说明书

本发明涉及一种具有控制装置的固定式能量产生设备和用于控制该设备的方法。控制装置用于控制电流和能量流。该能量产生设备具有至少一个机械驱动的转子和与该转子耦合的发电机。此外，与该发电机形成作用连接（Wirkverbindung）的功率电子电路能够实现从转子经过发电机和功率电子电路到负载的可变的能量流。控制装置应对在转子侧从十分之几Hz到几十Hz和在发电机侧从几十Hz到几百Hz的频谱中的振荡这样地反应并且这样地控制该设备，使得近似恒定的功率可被输出到负载上或网络中并且因此不激励或增强在能量产生设备的传动系中不希望的振荡。

此外，由文献DE 10 2007 021 513 A1公开了一种电阻性的转矩振荡-阻尼系统和方法。该转矩-电阻阻尼系统对于机器的轴具有一个传感器，该传感器被配置为使得它可检测信号，该信号代表该轴上的转矩。此外，设有调节装置，该装置被配置为使得它可使用检测到的信号，以便识别在轴上出现的转矩振荡的存在，如果该振荡与轴的固有频率相一致。现在为了产生用于阻尼转矩振荡的控制信号，该转矩-电阻阻尼系统包括一个阻尼器，该阻尼器包括阻尼转换器和电阻，它们被耦合到阻尼转换器的直流输出端上。在此，阻尼转换器通过一个电流通道耦合到机器上并且具有小于或等于机器标称功率的5%的额定功率。

该转矩振荡-阻尼系统当其被使用在能量产生设备中时具有缺点：获取能量的将近5%被转换为热量并且由此意味着损耗。与此相应地降低了这样的能量产生设备的效率。

本发明的任务是，提供一种具有控制装置的固定式能量产生设备，其中可使用由振荡引起的能量流，以便不仅可减小振荡及在振荡波峰时获取能量而且可在振荡波谷时从获取能量中补足能量。

该任务借助独立权利要求的主题解决。由从属权利要求得出有利的扩展构型。

根据本发明提供了一种具有控制装置的固定式能量产生设备及用于控制该设备的方法。该控制装置用于控制电流和能量流。该能量产生设备具有至少一个机械驱动的转子和与该转子耦合的发电机。此外，一个与该发电机形成作用连接的功率电子电路能够实现从转子通过发电机和功率电子电路到负载或到网络中的可变能量流。为了均衡发电机侧的振荡负荷规定：借助于功率电子电路的一个第一中间电路存储器能够实现至少一个电流控制。为了均衡机械振荡负荷和传动系的干扰量，借助于至少一个设置在该功率电子电路中的附加的第二中间电路存储器附加地设置能量流控制，该第二中间电路存储器具有第一中间电路存储器的多倍的存储容量。

该固定式能量产生设备具有优点：发电机侧的在几十Hz至几百Hz的频谱中的、可引起在能量产生设备机械部分中可能的谐振的振荡可通过与功率电子电路中的第一中间电路存储器共同作用的电流控制来补偿，使得既可不激发固有振荡也不激励振荡。

此外，根据本发明的固定式能量产生设备具有如下优点，通过能量流控制，在十分之几Hz至几十Hz之间的频谱中的转子侧振荡通过设置具有第一中间电路存储器的多倍存储容量的、附加的第二中间电路存储器而导致：首先在振荡波峰时存储能量并且在振荡波谷时能量可返回流入传动系中，使得传动系的用于相对恒定的负载的组件可被定尺寸，这使得明显减轻了重量。

优选地，该固定式能量产生设备是风能设备，该风能设备也被称为WEA-或WKA（风力设备）及借助图1和3被更详细说明。

在本发明的一个优选实施方式中，电流控制被设计为：借助于转矩控制使输出到网络中或负载上的有效电功率保持恒定，并且在功率电子电路的中间电路中的由该电流控制引起的、有效功率和无功功率的变化被补偿或者在发电机绕组中或在变频器中可附加地暂时转化成热量。该变型方案具有优点，即其不指定相对第一中间电路存储器具有多倍存储容量的另外的附加中间电路存储器并且可补偿尤其是发电机侧的来自直到几十Hz的临界频谱中的振荡，而不需提高用于功率电子电路的花费。

此外规定：该能量产生设备的模型具有两个例如通过转子和电功率输出例如通过发电机以风力输入形式的有源元件，在它们之间设有一些无源元件如电感和电容以及结构元件、例如变速机构的弹簧刚性（Federsteifigkeiten）。这样的模型可借助于在能量产生设备内部相应设置的角位置传感器来同时反向控制，以便避免可激发固有振荡的临界频率范围。此外，能量产生设备可具有中央控制单元，在该中央控制单元中并行地及在线地模拟描述该模型的方程组。因此，发电机侧较大的瞬时振荡和传动系中的谐振振荡借助于发电机的电流控制来控制。