[发明专利]用于发电机的转矩脉动减小

说明书

本发明涉及用于发电机的转矩脉动减小。提供了一种控制发电机（111）以减小谐波转矩脉动的方法，所述方法包括：使用安装在所述发电机（111）的第一位置（a1）处的第一加速计（271、471）测量加速度的第一值（240、21）；使用安装在所述发电机（111）的第二位置（a2）处的第二加速计（273、473）测量加速度的第二值（244、23）；基于加速度的第一值（240、21）和第二值（244、23）的组合得到振动信号（243、27）；基于所述振动信号（243）得到参考谐波电流（Iqref）的幅度（251）和相位（253）；基于所述参考谐波电流（Iqref）将电流注入到所述发电机（111）中。

技术领域

本发明涉及用于控制发电机以减小谐波转矩脉动（harmonic torque ripple）的方法和布置结构。此外，本发明还涉及包括发电机和用于控制该发电机以减小谐波转矩脉动的布置结构的风力涡轮机。

背景技术

风力涡轮机可包括转子轴，该转子轴具有连接到其的叶片，并且风力涡轮机可包括发电机，特别是具有发电机转子的高功率永磁同步电机，该发电机转子机械连接到转子轴。

传统上，转矩脉动控制对于高功率永磁同步电机而言可能是一个巨大的挑战。机器的转矩无法被精确地测量或估计，对于转矩的谐波尤其是这样。因此，传统上，转矩脉动本身，例如转矩的高次谐波（higher harmonics），无法被用作控制器中的反馈。

传统上，一种使转矩脉动最小化的方法可以是在q轴上注入相应的频率谐波电流，并且同时强制d轴谐波电流为零。例如，电流注入可以通过适当地控制转换器来实现，该转换器具有与发电机、特别是永磁同步电机的高功率输出端子连接的高功率输入端子。例如，为了最小化6f（电机的基频的六倍）转矩脉动，可以在q轴上注入6f谐波电流作为参考，并且6f谐波d轴电流可以被设置为零。此外，6f I_q可以通过PI控制器来控制作为参考。然而，在该方法中，参考谐波电流的幅度和相位角可能由于不同的操作条件而改变。因此，对于根据常规技术的长期操作的转矩脉动控制器而言，固定的参数是不可靠的。

控制转矩脉动的另一种常规方法可以是使用测量信号（例如，应变仪或麦克风）作为反馈信号。应变仪可以提供可靠的反馈，但谐波分量的精度可能不够好。麦克风测量信号可能包含正常控制器可能无法处理的大延迟。

传统上，由直驱式风力发电机上的永磁体引起的转矩脉动可能带来很大的振动和噪声。根据国际标准IEC 61400-11，可能需要在标准IEC位置处测量涡轮噪声。然而，找到准确且可靠的反馈来表示IEC位置噪声对于闭环转矩脉动和噪声控制而言一直是个麻烦。

传统上，通过在dq参考系上注入相应的频率谐波电流，可以最小化转矩脉动。使用固定的开环谐波电流频率可能是简单的解决方案，但是由于不同的发电机操作条件，所需的参考可能改变。

EP 2 552 013 A1公开了通过使用包括谐波分量的修改的定子线圈驱动信号来减小机电换能器的噪声和振动。

因此，可能需要用于控制发电机以减小谐波转矩脉动的方法和布置结构，其中，减少或甚至克服了现有技术中的至少一些缺点。特别地，可能需要控制发电机以减小谐波转矩脉动的方法和布置结构，其在发电机的不同操作条件下可靠地工作。

发明内容

该需要可以通过根据本发明的控制发电机以减小谐波转矩脉动的方法、根据本发明的用于控制发电机以减小谐波转矩脉动的布置结构以及根据本发明的风力涡轮机来满足。

根据本发明的一个实施例，提供了一种控制发电机以减小谐波转矩脉动的方法，所述方法包括：使用安装在所述发电机的第一位置处的第一加速计来测量加速度的第一值；使用安装在所述发电机的第二位置处的第二加速计来测量加速度的第二值；基于加速度的所述第一值和所述第二值的组合来得到振动信号；基于所述振动信号得到参考谐波电流的幅度和相位；基于所述参考谐波电流将电流注入到所述发电机中。