[发明专利]基于整流器和逆变器的扭转模式阻尼系统和方法

说明书

技术领域

本文公开的主题的实施例通常涉及方法和系统，更具体地，涉及用于阻尼旋转系统中出现的扭转振动的机制和技术。

背景技术

石油和天然气工业具有对于以变速驱动各种机器的增长的需求。这样的机器可以包括压缩机、电动机、膨胀器、燃气轮机、泵等等。变频电气传动增加了能量效率并且为机器提供了增加的灵活性。用于驱动例如大型气体压缩机组的一种机构是负载换相逆变器（LCI）。气体压缩机组包括例如燃气轮机、电动机和压缩机。气体压缩机组可以包括或多或少的电机和涡轮机。然而，由电力电子驱动系统引入的问题是由于电谐波导致的电机的转矩中脉动分量的生成。在传动系统的扭转固有频率下转矩的脉动分量可以与机械系统相互作用，这是不期望的。

扭转振荡或振动是振荡角运动，所述振荡角运动可以出现在例如如图1所示的具有附着于轴的多种质量的轴中。图1示出了系统10，所述系统10包括燃气轮机12、电动机14、第一压缩机16和第二压缩机18。或者这些机器的轴连接到彼此或者这些机器共用单个轴20。因为叶轮和沿轴20分布的其他质量，轴20的旋转可以被具有附着于轴的质量（例如叶轮）的不同速度的旋转产生的扭转振荡所影响。

如上面所讨论的，扭转振动典型地由驱动电动机的电力电子设备引入。例如，图1示出了提供电功率给LCI 24的电力网电源（电源）22，LCI 24又驱动电动机14的轴20。电力网可以是隔离的发电机。为了阻尼（最小化）扭转振动，如图2所示（其对应于转让给与本申请相同的受让人的美国专利No.7,173,399的图1，在这里通过引用而结合其全部的公开内容），可以将逆变器控制器26提供给LCI 24的逆变器28并且逆变器控制器26可以被配置为引入逆变器延迟角变化（                                               ）用于调制从逆变器28转移至电动机14的有功功率量。备选地，可以将整流器控制器30提供给整流器32并且整流器控制器30可以被配置为引入整流器延迟角变化（）用于调制从发电机22转移至直流环节44并且因此转移至电动机14的有功功率量。注意到，通过调制从发电机22转移至电动机14的有功功率量，有可能阻尼在包括电动机14和燃气轮机12的系统中出现的扭转振动。在这点上，注意到，电动机14和燃气轮机12的轴连接到彼此，而发电机22的轴未连接到电动机14或燃气轮机12。

两个控制器26和30分别接收来自传感器36和38的信号作为输入，并且这些信号指示了电动机14和/或发电机22所经受的转矩。换句话说，逆变器控制器26处理传感器36感测到的转矩值以用于生成逆变器延迟角变化（），而整流器控制器30处理传感器38感测到的转矩值以用于生成整流器延迟角变化（）。逆变器控制器26和整流器控制器30彼此独立并且这些控制器可以在给定的系统中一起或单独地实现。图2示出了传感器36监控电动机14的轴的一部分（段）40并且传感器38监控发电机22的轴42。图2还示出了整流器32和逆变器28之间的直流环节44。

然而，单独地确定整流器延迟角变化（）或逆变器延迟角变化（）并非总是可实现的和/或精确的。因此，将期望提供使用其他方式来阻尼振动振荡的系统和方法。

发明内容

根据示范的实施例，存在有连接到驱动包括电机和非电机的传动系统的变流器的扭转模式阻尼控制器系统。该控制器系统包括被配置为接收与变流器或传动系统的变量有关的测量数据的输入接口以及连接到输入接口的控制器。控制器被配置为基于来自输入接口的测量数据计算沿传动系统的轴的一段的至少一个动态转矩分量，基于至少一个动态转矩分量为变流器的逆变器和整流器生成控制数据以用于阻尼传动系统的轴中的扭转振荡，以及发送控制数据至整流器和逆变器以用于调制变流器和电机之间交换的有功功率。

根据另一个示范的实施例，存在有用于驱动作为传动系统的一部分的电机的系统。该系统包括整流器，所述整流器被配置为接收来自电源的交流电并且将交流电转换为直流电；直流环节，所述直流环节连接到整流器并且被配置为传输直流电；逆变器，所述逆变器连接到直流环节并且被配置为将接收的直流电转变为交流电；输入接口，所述输入接口被配置为接收与变流器或传动系统的变量有关的测量数据；以及控制器，所述控制器连接到输入接口。控制器被配置为基于来自输入接口的测量数据计算沿传动系统的轴的一段的至少一个动态转矩分量，基于至少一个动态转矩分量为整流器和逆变器生成控制数据以用于阻尼机械系统的轴中的扭转振荡，并且发送控制数据至整流器和逆变器以用于调制变流器和电机之间交换的有功功率。