[发明专利]用于发电机的控制布置

说明书

本发明涉及用于发电机的控制布置。描述了一种用于控制电机的多个定子绕组的多个定子电流（Ia、Ib、Ic）的控制布置，其包括：基波电流控制器；至少一个谐波电压控制器，其被配置成接收下述作为输入：与多个定子绕组处的电压相关的绕组电压信号、与多个定子绕组处的基准电压相关的基准绕组电压信号和电机的电气角度（Θe），其中，谐波电压控制器被配置成输出基准谐波电流命令（393、Idnref）；至少一个谐波电压计算模块，其被配置成接收基准谐波电流命令并基于基准谐波电流命令输出谐波电压命令（Vdnh、Vqnh）；及求和系统以获得总电压命令（398、Vd、Vq），基于该总电压命令，能控制转换器。

技术领域

本发明涉及用于控制电机的定子的定子电流和定子谐波电压的控制布置，还涉及包括控制布置的发电机系统及又进一步涉及风力涡轮机。

背景技术

在风力涡轮机中，多个转子叶片被连接在其处的旋转轴驱动发电机以便生成电能。照惯例，转换器（尤其是满刻度频率转换器）连接到发电机的输出终端。频率转换器广泛地用于将发电机接口连接至多个电力消耗器连接到其的电网。

由于频率转换器的调制极限和有限的DC环节电压（DC-link voltage），可能需要将发电机电压调节至足够低的水平，以便发电机电流仍然处于控制之下。例如，如果DC环节电压是1100 V，则最大发电机RMS电压理论上可以是777.8 V。由于在转换器的切换装置处的电压降和脉冲宽度调制死区时间，所以实际可实现的发电机电压可能仅为约750 V。

发电机电压照惯例可以在所谓的dq旋转坐标系中被控制，dq旋转坐标系以发电机的电气频率旋转。在dq旋转坐标系中，基波发电机电压理想地变成DC电压。简单的闭环PID控制器可以用于调节基波发电机电压。然而，实际上，由于发电机谐波电流和阻抗谐波，所以dq坐标系中的发电机电压可以是DC电压加上AC部分，尤其是高频谐波（通常是发电机的电气频率的6倍）。

利用用于发电机电压的简单PID控制器，发电机电压的平均值可以被控制至基准电压。由于在发电机电压中的高频谐波，所以发电机电压的波峰值可以高于调制极限（例如，750 V）。这可以引起转换器的瞬态过调制，且可以导致发电机电流失去控制。存在由该问题引起的许多转换器跳闸（trip）情况。为了避免由于过调制导致的转换器跳闸，平均发电机电压基准照惯例被设置为低于750 V的常数值，例如710 V。因为用于更低发电机电压的更高的弱磁电流（field weakening current），所以这可以引起更高的总发电机/转换器电流和更低的效率。例如，与750 V设置下的电流相比，在710 V设置的情况下可能需要更多电流。

因此，可能存在对于能够在更高的效率下操作的发电机系统和对于控制器布置的需要。

发明内容

根据本发明的实施例，提供一种用于控制电机（尤其是发电机）的多个定子绕组的多个定子电流的控制布置，其中，多个绕组可单独地连接至转换器，控制布置包括：基波电流控制器，其包括：正序电流控制器，其被配置成用于基于多个定子电流，提供第一电压命令，尤其是在dq+坐标系中；和可选的负序电流控制器，其被配置成用于基于多个定子电流提供第二电压命令，尤其是在dq-坐标系中；控制布置还包括：至少一个谐波电压控制器，其基于电机的电气频率与谐波次数相关，其中，谐波电压控制器被配置成接收与多个定子绕组处的电压相关的绕组电压信号、与多个定子绕组处的基准电压相关的基准绕组电压信号及电机的电气角度作为输入，其中，谐波电压控制器被配置成基于谐波电压控制器输入，输出基准谐波电流命令，尤其是基准谐波电流的d分量；及可选地，至少一个谐波电压计算模块，其被配置成接收基准谐波电流命令并基于基准谐波电流命令和反馈输出谐波电压命令；求和系统，其用于加和，尤其是单独地针对相应的d分量和相应的q分量，第一电压命令、可选地第二电压命令、可选地前馈电压信号和谐波电压命令以获得总电压命令，基于所述总电压命令，能控制转换器。