[发明专利]用于运行风能装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于运行风能装置的方法，该风能装置具有双馈电式异步电机、至少一个反用換流器以及至少一个控制装置，其中通过反用換流器至少将部分的电能馈送到电网上，反用換流器按照相位包括至少一个功率半导体模块，该功率半导体模块具有至少两个晶体管电路和至少两个储能二极管，并且反用換流器在使用控制装置时至少部分地通过脉冲宽度调制法(PWM)进行控制。本发明还涉及一种计算机程序以及一种计算机程序产品，用于采用处理器来执行该方法，并且本发明还涉及一种风能装置的双馈电式异步电机的控制装置及一种风能装置。

背景技术

在风能装置上，鉴于其效能和静音都提出了很高的要求。由于伴随转子转速的加大而提高了风能装置噪音的增大，所以一种简单的方式是，为了降低风能装置的噪音而降低其转子转速。在降低转子转速时会使得，双馈电式异步电机必须长时间地在同步的运行区域中运行。通常在双馈电式异步电机的转子端设有反用换流器。在同步的运行区域中，转子端的电流以非常低的频率(低赫兹区域内)进行传送，该电流通过电机端的反用换流器提供。电机端的反用换流器也根据转子端传送的电流频率来运行。反用换流器的控制传统上通过脉冲宽度调制法实现，在脉冲宽度调制法中通过较高、恒定的频率计算出转子端所需的额定电流并且功率半导体模块为产生转子电流而开启和关闭反用换流器的每个相位。在非常低的频率下，功率半导体的组件(通常是晶体管电路和储能二极管)在负荷时间上并不是稳定的，而是与其发热下的冷却作用相比很大程度上逐渐地加大负荷。功率半导体模块的组件(每相位至少两个IGBT模块和两个储能二极管)由于很长的接通持续时间而急剧地升温，而热量排放并不能实现温度的降低。基于晶体管电路或储能二极管的发热状态，这些组件部分升温至其最大组件温度。在双馈电式异步电机的同步运行区域中为阻止相应的升温，唯一可行地就是降低在该转子转速区域中的转子电流。这将导致在该转子转速区域中明显的功率下降。为避免该转速区域而采用额外的传动装置并不实用，因为每个额外安装的机械构件都会容易磨损。为了功率下降的另一可行性方案是，将反用换流器及其功率半导体模块的设计尺寸增大，从而这些组件也就不会在同步运行区域内急剧地升温。然而，相对而言，这将关系到明显高额的投入成本。

发明内容

基于现有技术，本发明的目的在于，提出一种开头所述的方法，用于运行风能装置，在该方法中在转子静音的转速区域中也能够实现更良好的功率输出。

该目的根据本发明的第一方案通过一种开头所述的方法以此实现，即在电机端通过反用換流器传送的电流频率小于10Hz，优选小于6Hz时，晶体管电路和/或反用換流器的储能二极管的接通持续时间和/或开关频率根据其发热状态通过控制装置进行变化。

相对于传统的、通过PWM来控制功率半导体而言，根据本发明可以着手于功率半导体模块发热而产生的影响，从而能够实现，有目的地选定晶体管电路和/或储能二极管的发热，也就是说与具有恒定脉冲频率的传统PWM方法有所区别。这种可行性方案产生的结果是，例如通过在单一相位的不同储能二极管或晶体管电路上分配电流通路而实现了更良好的发热分配。从而，风能装置的功率输出不必或不必急剧地下降，因为在相同的电路布局中这样能够产生更高的输出电流。

根据本发明的第一设计方法，如果采用一种转子端的反用換流器，则反用换流器基于其转子端的设置而能够以小尺寸设计，因为大部分的电功率在定子端馈送到电网上。

根据本发明方法的又一实施例可以由此而实现在双馈电式异步电机的同步运行区域内更良好的风能装置的功率输出，即晶体管电路和储能二极管的接通持续时间和/或开关频率至少各自根据各个组件温度与最大结点温度的比值进行选定。根据本发明方法的这种设计方案使得，储能二极管和晶体管电路(通常设计成IGBT模块)的能量损失是不同的，从而在晶体管电路和储能二极管的相同电流负荷中处于不同的组件温度下。通过参考不同的发热状态而能够汲取在功率半导体模块中额外的功率后备，从而不会使得组件温度到达临界的结点温度区域中。

如果晶体管电路和/或储能二极管的接通持续时间和/或开关频率与组件温度的依从关系通过模拟组件的发热状态进行预设，则能够以简单的方式评估出组件的发热并且注意到小于10Hz，特别是小于6Hz的电机端的电流频率。