[发明专利]用于控制同步机的转矩脉动的系统和方法

说明书

技术领域

在这里所公开的主题总体上涉及永磁同步机的领域，尤其涉及一种用 于控制永磁同步机的转矩脉动的系统和方法。

背景技术

风轮机发电机(wind turbine generator)被看作是环境友好且相对便宜 的可选择能源，其利用风能来产生电力。风轮机发电机通常包括具有涡 轮叶片的风转子，所述涡轮叶片将风能转化为驱动轴的旋转运动，进而 利用该旋转运动驱动发电机的转子以产生电力。典型地，现代风力发电 系统采用具有多个这种用于向传输系统供应电力(power)的风轮机发 电机的风电场的形式，所述传输系统又进而将所述电力提供给实用系 统。

典型地，这些风轮机发电机和风电场被设计成用于将电力递送给实用 系统，其中所述电力独立于系统频率。一些风轮机发电机在可变频率上 工作并且需要可变频率的电力电子转换器将风轮机发电机输出和并网 (utility grid)进行对接。在一种常见方案中，将风轮机发电机输出直接 馈送给电力电子转换器，在所述电力电子转换器那里对发电机输出频率 进行调整并将其转化为实用系统所需要的固定频率。

与这样的系统相关联的挑战之一是发电机所引起的噪声(acoustic noise)量。此外，风轮机空气隙转矩脉动对噪声的影响已经在很大程度 上被监视(overlook)。转矩脉动限制是以管理涡轮系统的噪声行为并 避免传动系统(drive train)组件的有害影响为基础的。一种方案是将发 电机适合设计以减少噪声，但这在所增加的发电机尺寸和费用的相关方 面却具有局限性。设计一种具有非常低的噪声水平的节省成本的发电机 是一个挑战。噪声控制和继而转矩脉动控制对于大功率应用来说是更大 的挑战，这是由于这些应用中的装置的低切换频率。

发明内容

简言之，在这里所公开的一个实施例中，一种用于控制永磁体同步机 的转矩脉动的系统包括：(a)电力转换器，其被配置成耦合到所述永 磁同步机并且接收转换器控制信号；和(b)耦合到所述电力转换器的 系统控制器，所述系统控制器包括：(i)基本电流控制器，其被配置成 用于提供基本电压命令，(ii)谐波电流控制器，其被配置成用于使用 谐波电流命令、来自永磁机的电流反馈信号和基本电流命令结合正序调 节器和负序调节器来获得谐波电压命令，和(iii)求和器件，其被配置 成用于将所述基本电压命令和所述谐波电压命令相加以获得所述转换 器控制信号。

根据在这里所公开的另一个实施例，一种用于控制永磁同步发电机的 转矩脉动的系统包括电力转换器，其被配置成耦合到所述永磁同步发电 机并且用于接收转换器控制信号；和耦合到所述电力转换器的系统控制 器，所述系统控制器包括：基本电流控制器，其被配置成用于提供基本 电流命令；谐波电流控制器，其被配置成用于使用谐波电流命令提供正 序信号和负序信号；命令控制模块，其被配置成用于使用所述基本电流 命令、所述谐波电流命令、来自所述永磁同步发电机的电流反馈信号以 及所述正序信号和负序信号来提供所述转换器控制信号。

附图说明

当参考附图阅读下述详细说明时，本发明的这些和其他特征、方面和 优点将被更好地理解，其中所有附图中相同的标记指示相同的部件，其 中：

图1是根据示例性实施例的风轮机系统的图形表示；

图2是风轮机发电机的常规控制图的图形表示；

图3是在图1的风轮机系统中所采用的示例性控制器的图形表示；

图4是在图3的控制器内所使用的示例性谐波电流控制器的图形表 示；

图5是被用作图4的谐波电流控制器的对称共振调节器的图形表示；

图6是被用作图4的谐波电流控制器的另一个对称共振调节器的图形 表示；和

图7是被用作图4的谐波电流控制器的又另一个对称共振调节器的图 形表示。

具体实施方式

风轮机经由机械和空气动力的各种途径产生声音。机械声音源于诸如 齿轮箱、发电机、偏转驱动、冷却扇、液压系统和辅助组件之类的涡轮 组件的交互作用。空气动力的声音由经过叶片的空气流动所产生。这里 描述的各种实施例解决了由于发电机工作而产生的噪声。在发电机工作 期间所产生的转矩脉动对噪声有所影响。这里描述的实施例提供了不同 的控制方案以减小转矩脉动的影响并由此减小噪声。