[发明专利]评估风力涡轮发电机转子温度

说明书

描述了在永磁同步电机的操作期间评估转子温度的方法，永磁同步电机包括具有至少一个绕组组的定子，该方法包括：提供针对不同转子和定子温度值以及操作绕组组的电流值的参考磁链值；测量实际转子温度值；测量实际定子温度值；测量操作绕组组的实际电流值；导出并存储针对给定的一组操作条件的参考磁链值，特别是借助于参考运行；使用磁通模型导出参考磁链值；获得与至少一个绕组组相关的电压值；基于所获得的电压值和/或电流和/或电机参数，导出估计的磁链值；基于针对所测量的实际转子温度值的参考磁链值与估计的磁链值之间的差导出转子温度偏移；基于所述转子温度偏移评估转子温度。

技术领域

本发明涉及一种在包括具有至少一个绕组组的定子的永磁同步电机、特别是多绕组组电机的操作期间评估发电机转子温度、特别是永磁体温度的方法和装置。此外，本发明涉及包括该装置的风力涡轮机或风力发电厂。

特别地，本发明涉及一种旨在用于确定操作下的永磁同步电机的转子温度的温度估计方法。更具体地，该方法非常适合于其中实际转子温度未知的容错操作模式，诸如在多相/定子电机中相/定子数量减少的情况下操作或具有有故障的温度传感器的操作。

背景技术

诸如风力涡轮机中使用的大型永磁（PM）发电机的关键电机通常在其定子和转子中包括温度传感器，这些是用于保护以及用于最佳硬件利用所需的。在PM发电机中，为了避免不可逆的退磁，不得超过最大磁体温度。此外，最大磁体温度与磁体材料成分（重稀土的百分比）密切相关，并且因此与磁体成本密切相关。因此，发电机可能必须在接近温度极限的情况下操作，其依靠控制系统来避免超过温度极限。这可以借助于可靠的转子温度测量或估计来实现，转子温度测量或估计被用作所实施的控制/保护方法的输入以保持转子温度低于最大允许设计值。控制/保护方法最终可以迫使功率降额以保护发电机转子免于过热。

目前，风力涡轮机可仅依靠转子/磁体温度传感器以便保护磁体并使电力生产最大化，其信号借助于滑环传输到机舱。考虑到这一点，当要考虑容错操作时可能会出现各种问题。

首先，温度传感器或信号传输/调节系统的故障可迫使涡轮机停机。传统上通过实施多个传感器来克服这种情况，这可能大大增加测量的成本，从而使其不具吸引力或甚至不可行。因此，期望实施一种具有替换有故障的传感器的信号并确保连续操作的能力的估计方法，从而增强容错能力。

其次，在特定的操作条件下，具有若干米的转子（轴向）长度的大型PM发电机可能在转子长度上显示出不均匀的磁体温度分布。因此，在单个位置处测量的转子温度可能不对应于最热的转子点，并且因此磁体未得到完全保护。这样的例子可以是：（1）有故障的冷却系统，从而导致局部温度升高；以及（2）具有数量减少的相/定子的多相/定子发电机的故障后操作，这通常意味着在谐波/不平衡水平增加的情况下操作，并且可能由于滞后和涡流-电流损耗–以及转子温度分布不均匀而导致转子损耗增加。后者在其中并非定子的所有绕组组都在操作的减少的变换器操作（RCO）中可能是主要的，其需要足够且专门设计的热管理策略来克服测量转子温度的准确性不足。

已经观察到，用于确定或评估转子温度、特别是安装在转子处或被包括在转子中的永磁体的温度的常规方法和装置并非在所有情况或操作条件下都产生可靠且令人满意的结果，特别是在准确性方面。特别地，已经观察到，使用常规方法确定的温度、特别是永磁同步电机的永磁体的温度并非在所有情况下都准确，特别是在同步电机包括两个或更多个绕组组且其中至少一个绕组组有故障而因此不操作的情况下。

关于在定子数量减少的情况下的操作（所谓的减少的变换器操作-RCO），常规地通过向由用于磁体保护的控制系统使用的所测量的转子温度添加恒定的正偏移来解决该问题。显然，这是简单但非常保守且不够理想的方法，该方法可能导致大量的电力生产损失，并且可能不足以保护磁体免于过热。替代地，可以根据操作条件来计划所述偏移，或者可以基于热模型来估计温度。然而，这些方法往往是不准确且保守的，或者需要大量的付出来开发。例如，基于热模型的方法通常在受控条件下需要大量的实验数据以用于参数调整。