本發(fā)明描述多定子機(jī)器的控制布置；用于多定子機(jī)器中的定子的頻率轉(zhuǎn)換器的頻率轉(zhuǎn)換器控制器的電流控制模塊；以及執(zhí)行多定子機(jī)器的容錯(cuò)控制的方法。

背景技術(shù)：

在永磁體同步發(fā)電機(jī)（pmsg）中，由永磁體提供激勵(lì)場(chǎng)，并且在定子中感生的電壓的頻率與轉(zhuǎn)子輪轂的旋轉(zhuǎn)速率直接有關(guān)。由于其性能可靠性，pmsg通常是用于近海風(fēng)能應(yīng)用的發(fā)電機(jī)選擇。定子可以實(shí)現(xiàn)為具有隔離的中性點(diǎn)的多定子機(jī)器，其中每個(gè)定子繞組承載多個(gè)相（通常為三個(gè)）。多定子機(jī)器可以是優(yōu)選的，以便在諸如近海風(fēng)力電廠的需求應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)。

為了將pmsg的可變頻率轉(zhuǎn)換為恒定的電網(wǎng)頻率，發(fā)電機(jī)側(cè)的頻率轉(zhuǎn)換器和電網(wǎng)側(cè)的頻率轉(zhuǎn)換器可以在由dc鏈路連結(jié)的背對(duì)背布置中使用。頻率轉(zhuǎn)換器通常實(shí)現(xiàn)為頻率開(kāi)關(guān)的布置，諸如隔離柵雙極型晶體管（igbt），這是因?yàn)樗鼈円钥斓那袚Q頻率切換高壓的能力。無(wú)切換igbt——功率開(kāi)關(guān)晶體管中的開(kāi)路故障的結(jié)果——是pmsg風(fēng)力渦輪機(jī)中功率轉(zhuǎn)換器斷供的主要原因之一。在功率開(kāi)關(guān)失效時(shí)，相應(yīng)的發(fā)電機(jī)相電流變得失真或不穩(wěn)定，導(dǎo)致扭矩紋波的顯著增加。雖然微量的扭矩紋波是可接受的并且實(shí)際上在pmsg的正常無(wú)故障或“健康”操作期間甚至是不可避免的，但是在故障之后發(fā)展的顯著較高水平的扭矩紋波造成振動(dòng)，這可能對(duì)發(fā)電機(jī)或其他組件造成實(shí)際損害。

多相pmsg風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)之一在于其即使在其發(fā)電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)換器中具有一個(gè)或多個(gè)開(kāi)路故障時(shí)仍然繼續(xù)操作的能力。在具有多個(gè)隔離中性點(diǎn)的多定子pmsg的情況下，合適的繞組（即，所有相）通常停止運(yùn)行。然而，這導(dǎo)致功率輸出的顯著降低，以及相應(yīng)的收益損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于提供應(yīng)對(duì)上述類(lèi)型的機(jī)器中的開(kāi)路故障的改進(jìn)的方式。

這一目的通過(guò)權(quán)利要求1的控制布置；通過(guò)權(quán)利要求4的電流控制模塊；通過(guò)權(quán)利要求10的多定子機(jī)器；以及通過(guò)權(quán)利要求12的執(zhí)行多定子機(jī)器的容錯(cuò)控制的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)。

創(chuàng)造性的控制布置意圖用于多定子機(jī)器中，該多定子機(jī)器包括用于所述多個(gè)定子中的每一個(gè)的頻率轉(zhuǎn)換器以及用于每個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器的頻率轉(zhuǎn)換器控制器。頻率轉(zhuǎn)換器控制器的目的在于基于與該定子有關(guān)的輸入信號(hào)（輸入基準(zhǔn)、性能參數(shù)等）來(lái)生成用于該頻率轉(zhuǎn)換器的控制信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)控制器被實(shí)現(xiàn)為接收用于該定子的經(jīng)測(cè)量電流值和基準(zhǔn)電流值，并且如果在頻率轉(zhuǎn)換器的一個(gè)或多個(gè)中發(fā)生開(kāi)路故障，則基于電流值和基準(zhǔn)電流值來(lái)生成用于控制布置的另一等同頻率轉(zhuǎn)換器控制器的電流控制模塊的補(bǔ)償電流值。為此，控制器被實(shí)現(xiàn)為如果發(fā)生開(kāi)路故障則交換補(bǔ)償電流值。換言之，每個(gè)電流控制模塊生成用于另一電流控制模塊的補(bǔ)償電流值，并且從另一電流控制模塊接收補(bǔ)償電流值。由此基于所接收的電流值和所接收的補(bǔ)償電流值來(lái)計(jì)算用于控制器的后續(xù)變換級(jí)的電壓基準(zhǔn)。

頻率轉(zhuǎn)換器應(yīng)理解為包括多定子機(jī)器的發(fā)電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)換器。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道的，這樣的多定子機(jī)器與電網(wǎng)之間的頻率轉(zhuǎn)換通常由通過(guò)dc鏈路連接在一起的發(fā)電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)換器與電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

多定子機(jī)器的每個(gè)定子將承載用于多個(gè)相（通常為三個(gè)）的繞組。因此，在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語(yǔ)“電流值”應(yīng)理解為意味著與該定子的每一相有關(guān)的電流值。例如，由控制器接收的“經(jīng)測(cè)量電流”可以實(shí)際上包括三個(gè)測(cè)量或觀測(cè)到的電流值，針對(duì)三相繞組的每一相一個(gè)電流值。在本發(fā)明的上下文中，“補(bǔ)償電流”是在轉(zhuǎn)換器中基準(zhǔn)電流與實(shí)際觀測(cè)到的電流之間的誤差。在健康的轉(zhuǎn)換器中，這些值通常將非常接近。在故障的轉(zhuǎn)換器中，至少一對(duì)基準(zhǔn)和觀測(cè)到電流將顯著不同。通過(guò)在創(chuàng)造性的控制方法中交換補(bǔ)償電流，一個(gè)控制器中看見(jiàn)的誤差也被“注入”到健康的頻率轉(zhuǎn)換器的控制器中。故障的轉(zhuǎn)換器的劣質(zhì)性能（其將以其他方式導(dǎo)致顯著的扭矩紋波）被有效地與另一健康的頻率轉(zhuǎn)換器共享。由健康的轉(zhuǎn)換器造成的扭矩紋波可以與由故障的轉(zhuǎn)換器生成的扭矩紋波有效地對(duì)稱(chēng)，使得源自開(kāi)路故障的扭矩紋波可以被有利地減少或者甚至消除。

根據(jù)本發(fā)明的控制布置的優(yōu)點(diǎn)在于，機(jī)器的改進(jìn)的后故障控制不要求現(xiàn)存控制器設(shè)計(jì)的任何顯著或昂貴的硬件修改或重新配置。通過(guò)相關(guān)信號(hào)的合適處置以最終生成導(dǎo)致具有有益的最小水平扭矩紋波的更平滑操作的功率開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，改進(jìn)的容錯(cuò)控制可以主要受軟件影響。

創(chuàng)造性的后故障控制是基于以下創(chuàng)見(jiàn)：igbt的開(kāi)路故障導(dǎo)致功率開(kāi)關(guān)的故障；當(dāng)這樣的開(kāi)路故障發(fā)生時(shí)，仍然存在電流可用的替代路徑，即通過(guò)故障開(kāi)關(guān)的整流器二極管；以及每個(gè)轉(zhuǎn)換器基本上對(duì)機(jī)器扭矩做出相等貢獻(xiàn)。本發(fā)明利用多定子機(jī)器設(shè)計(jì)，并且對(duì)“健康”功率轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)或多個(gè)的控制做出調(diào)整以補(bǔ)償或抵消（一個(gè)或多個(gè)）故障的轉(zhuǎn)換器的行為，結(jié)果是有益地最小化扭矩紋波。以這一方式，可以用非常成本有效的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)機(jī)器。在本發(fā)明的上下文中，表述“容錯(cuò)機(jī)器”指的是即使在頻率轉(zhuǎn)換器中發(fā)生一個(gè)或多個(gè)開(kāi)路故障時(shí)，仍然可以以可接受的性能水平繼續(xù)操作的多定子機(jī)器。換言之，利用根據(jù)本發(fā)明的控制方法，在發(fā)生開(kāi)路故障時(shí)，不需要關(guān)停機(jī)器。相反，機(jī)器可以以可接受的性能水平繼續(xù)操作，直到故障可以被修復(fù)。

根據(jù)本發(fā)明，電流控制模塊包括用于接收經(jīng)測(cè)量電流和基準(zhǔn)電流的多個(gè)輸入端，以及用于確定它們之間的差異的比較器。頻率轉(zhuǎn)換器的電流控制模塊的目的在于提供電壓基準(zhǔn)，其將用于生成用于頻率轉(zhuǎn)換器的功率開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)。在根據(jù)本發(fā)明的電流控制模塊中，計(jì)算單元被實(shí)現(xiàn)為基于電流差異以及還基于如果在另一頻率轉(zhuǎn)換器中發(fā)生開(kāi)路故障則從該另一頻率轉(zhuǎn)換器的電流控制模塊接收的輸入補(bǔ)償電流值，來(lái)計(jì)算電壓基準(zhǔn)。電流控制模塊被有效地實(shí)現(xiàn)為交換補(bǔ)償電流值。為此，電流控制模塊包括補(bǔ)償模塊，用于如果在其頻率轉(zhuǎn)換器中發(fā)生開(kāi)路故障則基于電流差異，計(jì)算輸出補(bǔ)償電流值——用于發(fā)送至另一電流控制模塊。

創(chuàng)造性的電流控制模塊的優(yōu)點(diǎn)在于，其可以調(diào)整其健康的頻率轉(zhuǎn)換器的行為以補(bǔ)償另一故障的頻率轉(zhuǎn)換器的劣質(zhì)行為。同樣地，創(chuàng)造性的電流控制模塊可以在其自身的頻率轉(zhuǎn)換器已經(jīng)報(bào)告開(kāi)路故障時(shí)從另一健康的頻率轉(zhuǎn)換器“接收協(xié)助”。

根據(jù)本發(fā)明，多定子機(jī)器包括多個(gè)定子、用于所述多個(gè)定子中的每一個(gè)的頻率轉(zhuǎn)換器，以及用于每個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器的控制器。在創(chuàng)造性的多定子機(jī)器中，每個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器控制器包括創(chuàng)造性電流控制模塊的實(shí)例。

創(chuàng)造性的多定子機(jī)器特別適合于實(shí)現(xiàn)為永磁體同步機(jī)器，所述永磁體同步機(jī)器操作為例如在風(fēng)力渦輪機(jī)中的發(fā)電機(jī)。

根據(jù)本發(fā)明，執(zhí)行這樣的多定子機(jī)器的容錯(cuò)控制的方法包括以下步驟：將與其定子有關(guān)的觀測(cè)到的電流值和基準(zhǔn)電流值提供給控制器；基于所接收的電流值來(lái)生成補(bǔ)償電流值；監(jiān)視頻率轉(zhuǎn)換器以檢測(cè)開(kāi)路故障的發(fā)生；如果發(fā)生開(kāi)路故障則在控制器之間交換補(bǔ)償電流值；以及基于所接收的觀測(cè)到的電流值、基準(zhǔn)電流值和補(bǔ)償電流值來(lái)計(jì)算用于控制器的變換級(jí)的電壓基準(zhǔn)。

機(jī)器的后故障控制通過(guò)基本上一在一個(gè)或多個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器中已檢測(cè)到開(kāi)路故障就在電流控制模塊之間交換補(bǔ)償電流值來(lái)實(shí)現(xiàn)。不同于傳統(tǒng)的后故障控制策略，根據(jù)本發(fā)明的方法不要求完全三相繞組停止運(yùn)行。創(chuàng)造性的控制方法可以實(shí)現(xiàn)為對(duì)于現(xiàn)存的控制策略?xún)H有微小改編，更具體地，在現(xiàn)存的控制策略的軟件中微小改編。

本發(fā)明的特別有利的實(shí)施例和特征由從屬權(quán)利要求給出，如在以下描述中揭示的。不同權(quán)利要求類(lèi)別的特征可以酌情組合以給出在此未描述的進(jìn)一步實(shí)施例。

以下，可以假定多個(gè)定子（或簡(jiǎn)稱(chēng)為“多定子”）機(jī)器是上述pmsg類(lèi)型的發(fā)電機(jī)。因此以下，但不以任意方式限制本發(fā)明，創(chuàng)造性的多定子機(jī)器可以假定為風(fēng)力渦輪機(jī)的pmsg。而且，術(shù)語(yǔ)“控制布置”和“容錯(cuò)控制布置”可以可互換地使用，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的控制布置特別構(gòu)想為允許多定子機(jī)器即使在已經(jīng)發(fā)生故障之后仍然繼續(xù)操作。本發(fā)明特別涉及響應(yīng)于多定子機(jī)器的頻率轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)路故障的改進(jìn)方式。因此，術(shù)語(yǔ)“頻率轉(zhuǎn)換器故障”、“開(kāi)路故障”和“故障”可以假定具有相同含義并且可以在以下可互換地使用。

在諸如發(fā)電機(jī)的機(jī)器的控制中，共同的實(shí)踐是收集或觀測(cè)一個(gè)域中的性能值，以及將那些值轉(zhuǎn)換到另一域以便簡(jiǎn)化計(jì)算。一種確立已久的方法是在靜止的“abc”參考系與同步旋轉(zhuǎn)“dq0”參考系之間執(zhí)行park變換和park逆變換?！癲q0”參考系也稱(chēng)為直接-正交-零參考系。以下，下標(biāo)（例如，iabc、vdq）以通常方式標(biāo)注相關(guān)參考系。

根據(jù)本發(fā)明的控制方法優(yōu)選以通常方式實(shí)施為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括使用用于處理各種輸入以及生成各種輸出的合適算法實(shí)現(xiàn)的功能模塊。為此，控制方法所要求的任何模擬電流和電壓信號(hào)被轉(zhuǎn)換為由控制布置的功能模塊處理的數(shù)字值。以下，因此，術(shù)語(yǔ)“電流”、“電流值”和“電流信號(hào)”可以理解為具有相同含義并且可以可互換地使用。這同樣適用于術(shù)語(yǔ)“電壓”、“電壓值”和“電壓信號(hào)”。

故障診斷可以使用從現(xiàn)有技術(shù)已知的若干方法中的任一種，以任意合適方式來(lái)執(zhí)行?？梢约俣ǎ诖擞懻摰念?lèi)型的風(fēng)力渦輪機(jī)已經(jīng)配備有適當(dāng)?shù)墓收显\斷布置，其在一個(gè)或多個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器中發(fā)生開(kāi)路故障時(shí)提供合適指示。

根據(jù)本發(fā)明的控制布置可以實(shí)施用于具有兩個(gè)或更多個(gè)定子的多定子機(jī)器。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，多定子機(jī)器是雙定子機(jī)器，即，其具有兩個(gè)定子。在該實(shí)施例中，控制布置包括用于第一定子的頻率轉(zhuǎn)換器的第一頻率轉(zhuǎn)換器控制器，以及用于第二定子的頻率轉(zhuǎn)換器的第二頻率轉(zhuǎn)換器控制器。第一控制器從第二控制器的電流控制模塊接收第一補(bǔ)償電流值，并且生成用于第二控制器的電流控制模塊的補(bǔ)償電流值。類(lèi)似地，第二控制器從第一控制器的電流控制模塊接收第二補(bǔ)償電流值，并且生成用于第一控制器的電流控制模塊的補(bǔ)償電流值。換言之，兩個(gè)電流控制模塊是“交換伙伴”并且如果在頻率轉(zhuǎn)換器中發(fā)生開(kāi)路故障則交換或者“互換”補(bǔ)償電流值。以這一方式，第一轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)路故障的發(fā)生導(dǎo)致用于第二控制器的非零補(bǔ)償電流，而第二轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)路故障導(dǎo)致用于第一控制器的非零補(bǔ)償電流。

諸如多定子psmg的電氣機(jī)器通常利用某種故障檢測(cè)電路來(lái)檢測(cè)并且報(bào)告故障的發(fā)生。因此在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，控制布置包括實(shí)現(xiàn)為檢測(cè)轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)路故障的發(fā)生并且如果發(fā)生開(kāi)路故障則生成激活信號(hào)的故障診斷模塊。故障診斷模塊可以通過(guò)連續(xù)監(jiān)視繞組電流來(lái)檢測(cè)發(fā)電機(jī)側(cè)頻率轉(zhuǎn)換器中的故障。各種其他方法可以用于實(shí)現(xiàn)診斷功能，例如可以使用電壓監(jiān)視方法或基于硬件的解決方案等。在無(wú)故障操作期間，激活信號(hào)可以具有為零或者邏輯低的缺省值。在一個(gè)或多個(gè)igbt中的開(kāi)路故障中，相應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換器的激活信號(hào)切換到邏輯高，并且用于“使能”由適當(dāng)?shù)碾娏骺刂颇K計(jì)算的補(bǔ)償電流值并且使該信號(hào)對(duì)于該電流控制模塊的“交換伙伴”可用。電流控制模塊因此生成經(jīng)調(diào)整的電壓基準(zhǔn)，其繼而導(dǎo)致至相關(guān)頻率轉(zhuǎn)換器的功率開(kāi)關(guān)的經(jīng)調(diào)整的控制信號(hào)。容錯(cuò)控制因此被激活。創(chuàng)造性的故障控制方法可以處置高達(dá)最大相計(jì)數(shù)的若干功率開(kāi)關(guān)的故障。因此，對(duì)于三相系統(tǒng)，創(chuàng)造性的故障控制可以處置高達(dá)三個(gè)故障的功率開(kāi)關(guān)或igbt。

根據(jù)本發(fā)明的電流控制模塊的補(bǔ)償電流計(jì)算模塊優(yōu)選地分析期望或基準(zhǔn)電流與觀測(cè)到的電流值中的差異。這些值被連續(xù)地饋送至控制布置的電流控制單元。補(bǔ)償電流計(jì)算模塊可以基于這一差異來(lái)生成補(bǔ)償電流信號(hào)。通常，真實(shí)或觀測(cè)到的電流將很少精確對(duì)應(yīng)于基準(zhǔn)電流。因此，補(bǔ)償電流計(jì)算模塊優(yōu)選地僅在開(kāi)路故障的發(fā)生已經(jīng)確立時(shí)輸出其補(bǔ)償電流信號(hào)。在沒(méi)有故障時(shí)，補(bǔ)償電流信號(hào)的值優(yōu)選地缺省為零并且對(duì)于基準(zhǔn)電壓的計(jì)算沒(méi)有影響。

優(yōu)選地，補(bǔ)償電流計(jì)算模塊包括用于處理差異（或誤差）電流的濾波器布置。例如，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，濾波器布置包括低通濾波器，因?yàn)楦哳l分量與扭矩控制不相關(guān)。低通濾波器也可以確保補(bǔ)償電流的諧波內(nèi)容在電流控制模塊的反饋控制器的帶寬內(nèi)。例如，低通濾波器截止頻率可以設(shè)定為發(fā)電機(jī)電氣頻率的十倍，因?yàn)橛砷_(kāi)路故障引入到dq0中的主諧波分別是單個(gè)和相開(kāi)路故障的一次和二次諧波。在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施例中，濾波器布置包括陷波濾波器，其用于從補(bǔ)償中排除特定諧波。取決于電流基準(zhǔn)如何計(jì)算，這可能是合乎期望的。例如，電流基準(zhǔn)可以由dc鏈路電壓控制器來(lái)計(jì)算，使得陷波濾波器被要求用于在后故障操作期間去除由dc鏈路電壓引入的諧波分量。優(yōu)選地，這些濾波器中的任何濾波器使用自適應(yīng)濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，補(bǔ)償電流計(jì)算模塊包括延遲單元，用于在輸出補(bǔ)償電流值上引入時(shí)間延遲。時(shí)間延遲優(yōu)選被選擇計(jì)及系統(tǒng)延遲和/或繞組配置，使得在由一個(gè)電流控制模塊發(fā)出的補(bǔ)償電流由另一電流控制模塊接收時(shí)，其可以簡(jiǎn)單地增加到該另一電流控制模塊的差異電流。這個(gè)和隨后被饋送至反饋控制器，例如比例積分控制器，用于生成該另一電流控制模塊的輸出基準(zhǔn)電壓。

在故障被檢測(cè)到時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的控制布置允許機(jī)器繼續(xù)操作而無(wú)需中斷。在諸如風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的情況下，容錯(cuò)控制方法優(yōu)選包括如果發(fā)生故障則使發(fā)電機(jī)的功率輸出降額的步驟。創(chuàng)造性的后故障控制確保如果在一個(gè)或多個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器中發(fā)生開(kāi)路故障則扭矩紋波被保持在有益的最小值。因此，在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)的功率輸出被降額額定功率的至多20%，直到故障可以被補(bǔ)救。降額百分比一定程度上取決于各種機(jī)器參數(shù)（例如，感應(yīng)系數(shù)、磁通量）、故障與健康轉(zhuǎn)換器的比率，以及還取決于故障的igbt的數(shù)量。在兩個(gè)或更多個(gè)功率開(kāi)關(guān)失效時(shí)，一個(gè)故障的轉(zhuǎn)換器的所要求的降額百分比可以小于20%。

根據(jù)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他目的和特征將變得清楚。然而，應(yīng)理解，附圖僅出于說(shuō)明目的而設(shè)計(jì)并且不作為本發(fā)明限制的定義而設(shè)計(jì)。

附圖說(shuō)明

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的控制布置的實(shí)施例；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的電流控制模塊的實(shí)施例；

圖3示出圖2的電流控制模塊中的補(bǔ)償電流計(jì)算模塊的第一實(shí)施例；

圖4示出使用根據(jù)本發(fā)明的控制布置實(shí)現(xiàn)的電流和扭矩的圖形；

圖5示出使用根據(jù)本發(fā)明的控制布置實(shí)現(xiàn)的電流和扭矩的圖形；

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的電流控制模塊的補(bǔ)償電流計(jì)算模塊的第二實(shí)施例；

圖7示出用于多定子機(jī)器的故障情景；

圖8示出用于多定子機(jī)器的另外故障情景；

圖9示出傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)的框圖；

圖10示出傳統(tǒng)的控制布置的實(shí)施例；

圖11和12示出使用傳統(tǒng)的控制方法實(shí)現(xiàn)的電流和扭矩的圖形。

在各圖中，貫穿其中的相同的標(biāo)號(hào)指代相同的對(duì)象。各圖中的對(duì)象并不一定按比例繪制。

具體實(shí)施方式

圖1示出供雙定子pmsg2使用的根據(jù)本發(fā)明的控制布置1的實(shí)施例。兩個(gè)定子中的每一個(gè)具有一組繞組w_1、w_2。發(fā)電機(jī)2具有兩個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器20_1、20_2，每個(gè)定子一個(gè)。每個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器20_1、20_2由其自身的控制器1_1、1_2控制。每個(gè)控制器1_1、1_2提供有適當(dāng)?shù)妮斎胄盘?hào)，諸如功率基準(zhǔn)、轉(zhuǎn)子位置θe、dc電壓基準(zhǔn)、繞組電流的測(cè)量值iabc1、iabc2、發(fā)電機(jī)扭矩、旋轉(zhuǎn)速率等，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道的?；诟鞣N輸入信號(hào)130_1、130_2、140_1、140_2，iq基準(zhǔn)計(jì)算塊13和id基準(zhǔn)計(jì)算塊14確定每種情況下用于電流控制模塊10的電流基準(zhǔn)i^*dq1、i^*dq2。每個(gè)電流控制模塊10的目的在于將觀測(cè)到的電流idq1、idq2（通過(guò)觀測(cè)到的電流iabc1、iabc2的通常變換獲得）與電流基準(zhǔn)i^*dq1、i^*dq2的值進(jìn)行比較。這些之間的任意誤差用于生成電壓基準(zhǔn)v^*dq1、v^*dq2，電壓基準(zhǔn)v^*dq1、v^*dq2在由后續(xù)的脈沖寬度調(diào)制（pwm）塊12使用之前在塊11中經(jīng)歷park逆變換（通過(guò)使用適當(dāng)?shù)淖儞Q矩陣，將輸入從同步旋轉(zhuǎn)dq0參考系變換到靜止abc參考系），脈沖寬度調(diào)制（pwm）塊12將生成用于頻率轉(zhuǎn)換器20_1、20_2的切換信號(hào)120_1、120_2以便控制繞組電流。

圖2示出雙定子機(jī)器的兩個(gè)電流控制模塊10的實(shí)施例。每個(gè)電流控制模塊10包括比較器101，用于將觀測(cè)到的電流idq1、idq2與電流基準(zhǔn)i^*dq1、i^*dq2的值進(jìn)行比較。這些之間的任何誤差δidq1、δidq2用于生成用于后續(xù)變換塊11的電壓基準(zhǔn)v^*dq1、v^*dq2。每個(gè)電流控制模塊10提供有觀測(cè)到的電流idq1、idq2（通過(guò)觀測(cè)到的電流iabc1、iabc2的通常變換獲得）、基準(zhǔn)電流值i^*dq1、i^*dq2（來(lái)自基準(zhǔn)計(jì)算塊13、14）、以及來(lái)自另一電流控制模塊10的補(bǔ)償電流idq_comp1、idq_comp2的值。

在傳統(tǒng)的電流控制模塊中，基準(zhǔn)電壓v^*dq1、v^*dq2將通過(guò)把誤差δidq1、δidq2饋送到諸如比例積分（pi）控制器103的適當(dāng)反饋控制器103來(lái)計(jì)算。創(chuàng)造性的電流控制模塊10勝過(guò)傳統(tǒng)的基準(zhǔn)電壓計(jì)算，并且與另一電流控制模塊10交換信息。為此，第一電流控制模塊10（在圖的頂部）從第二電流控制模塊10（在圖的底部）接收輸入補(bǔ)償電流值idq_comp1，并且生成輸出補(bǔ)償電流值idq_comp2以發(fā)送至第二電流控制模塊10。補(bǔ)償電流值可以視為基本上等于實(shí)際觀測(cè)到的電流與基準(zhǔn)電流之間的差異。加法器102將所接收的輸入補(bǔ)償電流值增加到本地計(jì)算出的差異，并且將總和給到計(jì)算基準(zhǔn)電壓的反饋控制器。以這一方式，電流控制模塊10的基準(zhǔn)電壓v^*dq1、v^*dq2不再僅僅基于其自身的頻率轉(zhuǎn)換器的觀測(cè)到的電流和基準(zhǔn)電流，而是還基于另一頻率轉(zhuǎn)換器的任何誤差電流。

校正僅在頻率轉(zhuǎn)換器中的實(shí)際開(kāi)路故障期間生效。為此，每個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器20_1，20_2包括故障診斷模塊21_1、21_2，其生成使能或激活信號(hào)ftc_en1、ftc_en2，用于激活頻率轉(zhuǎn)換器20_1、20_2的容錯(cuò)控制。例如，在第一頻率轉(zhuǎn)換器20_1中發(fā)生開(kāi)路故障時(shí)，激活信號(hào)ftc_en1將從邏輯低（“0”）切換到邏輯高（“1”）。控制布置1_1的第一電流控制模塊10隨后生成非零輸出補(bǔ)償電流信號(hào)idq_comp2以發(fā)送給第二電流控制模塊，第二電流控制模塊在這種情況下是控制器1_2的電流控制模塊10。

如果控制布置1_2的頻率轉(zhuǎn)換器20_2是健康的，則其輸出補(bǔ)償電流idq_comp1為零并且對(duì)由第一控制器1_1中的電流控制模塊10的反饋控制器103計(jì)算出的基準(zhǔn)電壓v^*dq1沒(méi)有任何影響。

由電流控制模塊10提供的輸出補(bǔ)償電流信號(hào)idq_comp1、idq_comp2在補(bǔ)償電流計(jì)算模塊100中被計(jì)算。這樣的補(bǔ)償電流計(jì)算模塊100的實(shí)施例在圖3中示出，圖3示出與第一控制器1_1有關(guān)的信號(hào)。輸入δidq1首先在低通濾波器105中被濾波并且隨后被陷波濾波器106濾波。作為結(jié)果的已濾波信號(hào)可以由適當(dāng)?shù)臅r(shí)間延遲補(bǔ)償單元107給予時(shí)間延遲。這些步驟可以連續(xù)地執(zhí)行，無(wú)論頻率轉(zhuǎn)換器中是否存在故障。在開(kāi)路故障實(shí)際在這一頻率轉(zhuǎn)換器中發(fā)生時(shí)，由故障診斷模塊生成的激活信號(hào)ftc_en1允許已濾波（并且可選地還被延遲）的補(bǔ)償idq_comp2信號(hào)發(fā)送至第二頻率轉(zhuǎn)換器20_2的電流控制模塊10。否則，輸出補(bǔ)償電流idq_comp2將具有零值并且將對(duì)第二轉(zhuǎn)換器20_2的轉(zhuǎn)換器控制信號(hào)120_2沒(méi)有任何影響。

圖4示出雙定子pmsg的第一定子的繞組電流iabc1以及第二定子的繞組電流iabc2的每單位圖形。該圖還示出使用根據(jù)本發(fā)明的控制布置實(shí)現(xiàn)的發(fā)電機(jī)扭矩40。實(shí)驗(yàn)值在無(wú)故障間隔n和容錯(cuò)控制間隔ftc內(nèi)觀測(cè)。在正常無(wú)故障操作期間，每個(gè)定子的繞組電流iabc1、iabc2具有基本上穩(wěn)定的正弦形式。在時(shí)間tf，開(kāi)路故障發(fā)生在第一定子的發(fā)電機(jī)側(cè)頻率轉(zhuǎn)換器的一個(gè)相的一個(gè)開(kāi)關(guān)中。第一定子的繞組電流iabc1變得不穩(wěn)定。通過(guò)激活控制布置的電流控制模塊之間的補(bǔ)償電流值的交換，故障的負(fù)面影響被很大程度地消去，并且扭矩40在故障之后不表現(xiàn)出任何明顯的紋波。這一有益的穩(wěn)定行為允許發(fā)電機(jī)保持連接以將功率傳遞給電網(wǎng)。當(dāng)然，發(fā)電機(jī)可能需要降額高達(dá)額定功率的20%，因?yàn)閐c鏈路電壓在容錯(cuò)控制期間可能表現(xiàn)出附加的諧波，并且發(fā)電機(jī)相電流可能具有較高的最大值。

圖5也示出在時(shí)間tf時(shí)一個(gè)相的兩個(gè)開(kāi)關(guān)中開(kāi)路故障之后在無(wú)故障間隔n和容錯(cuò)控制間隔ftc內(nèi)的電流iabc1、iabc2和發(fā)電機(jī)扭矩50的每單位圖形。在此也通過(guò)激活電流控制模塊之間的補(bǔ)償電流值的交換，故障的負(fù)面影響被共享，并且扭矩50在故障之后保持有益地穩(wěn)定。

多定子機(jī)器可以包括多于兩個(gè)定子。圖6示出用在包括n個(gè)定子的機(jī)器中的根據(jù)本發(fā)明的電流控制模塊的補(bǔ)償電流計(jì)算模塊100的第二實(shí)施例。類(lèi)似于圖3，誤差電流值δidq1在濾波器布置105、106中被濾波。由于補(bǔ)償電流將發(fā)送至n-1個(gè)電流控制模塊，所以濾波器布置的輸出除以n-1。如果頻率轉(zhuǎn)換器中發(fā)生故障，則補(bǔ)償電流idq_comp2……idq_compn被發(fā)送至其他n-1個(gè)電流控制模塊。如果要求，補(bǔ)償電流信號(hào)可以在延遲單元107中酌情延遲，其中在每種情況下所增加的延遲可以不同。

圖7示出多定子機(jī)器的故障情景。出于簡(jiǎn)化的原因，多定子機(jī)器假定為具有隔離的中性點(diǎn)以及繞組之間沒(méi)有空間移位的雙定子機(jī)器。該圖示出雙定子機(jī)器2的兩個(gè)發(fā)電機(jī)側(cè)頻率轉(zhuǎn)換器20_1、20_2的簡(jiǎn)化表示。每個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器20_1、20_2包括上下組的三個(gè)n溝道igbt200，每個(gè)繞組電流相一個(gè)。控制信號(hào)（未示出）施加至igbt200的柵極，并且每個(gè)發(fā)電機(jī)側(cè)頻率轉(zhuǎn)換器20_1、20_2經(jīng)由dc鏈路連接至電網(wǎng)側(cè)頻率轉(zhuǎn)換器（未示出）。該圖示出在一個(gè)相的上開(kāi)關(guān)中的開(kāi)路故障f1，以及在同一相的下開(kāi)關(guān)中的另一開(kāi)路故障f2。這樣的開(kāi)路故障f1、f2牽涉到晶體管的故障，使得電流不再能從集電極流向發(fā)射極。然而，開(kāi)關(guān)二極管仍然提供相反方向的用于相電流的路徑。

圖8示出多定子機(jī)器的另外的故障情景。在此，第一轉(zhuǎn)換器20_1的全部三相的全部上開(kāi)關(guān)已經(jīng)失效。故障的轉(zhuǎn)換器20_1的功能性受限，并且稱(chēng)為“半受控整流器”。即使在這一嚴(yán)重的故障f3的情況下，創(chuàng)造性的方法允許發(fā)電機(jī)繼續(xù)以有益地低水平扭矩紋波操作，因?yàn)閷?duì)于故障的第一轉(zhuǎn)換器20_1的相電流的干擾通過(guò)將互補(bǔ)的干擾引入到健康的第二轉(zhuǎn)換器20_2的相電流而得到補(bǔ)償。

圖9示出傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)8的框圖。在這一非常簡(jiǎn)化的圖中，風(fēng)力渦輪機(jī)8由轉(zhuǎn)子輪轂80表示，其具有三個(gè)葉片，布置為轉(zhuǎn)動(dòng)主軸。主軸連接至齒輪箱81，其將主軸的緩慢的高扭矩旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為雙定子發(fā)電機(jī)2的較快旋轉(zhuǎn)。用于每個(gè)定子的控制布置包括背對(duì)背拓?fù)渲械膬蓚€(gè)dc/ac轉(zhuǎn)換器，即經(jīng)由dc鏈路連接至電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器9b（用于控制變壓器電流）的發(fā)電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)換器9a（用于控制定子電流）?？刂撇贾檬嵌喽ㄗ影l(fā)電機(jī)2與變壓器90之間的接口，允許輸出功率饋送至電網(wǎng)91。

傳統(tǒng)的控制布置的發(fā)電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)換器9a、9b的框圖在圖10中示出。在此，每個(gè)發(fā)電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)換器9a、9b包括基準(zhǔn)計(jì)算塊13、14；電流控制模塊84；變換單元11以及調(diào)制器12。在傳統(tǒng)的控制布置中，在電流控制模塊84之間沒(méi)有信息的交換。源自相應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)路故障f1、f2、f3（如圖7或圖7中所描述的）的不穩(wěn)定的繞組電流未被校正或補(bǔ)償。（一個(gè)或多個(gè)）不穩(wěn)定的繞組電流導(dǎo)致明顯水平的扭矩紋波。如果容錯(cuò)控制是不可能的，則風(fēng)力渦輪機(jī)8必須與電網(wǎng)91斷開(kāi)連接，從而導(dǎo)致顯著的收益損失。

圖11展示了缺少任何容錯(cuò)控制的后果。在此同樣，該圖示出用于雙定子pmsg的繞組w_1、w_2的電流iabc1、iabc2以及發(fā)電機(jī)扭矩87的每單位圖形。實(shí)驗(yàn)值在發(fā)電機(jī)側(cè)頻率轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)相的一個(gè)開(kāi)關(guān)中的開(kāi)路故障之后開(kāi)始于時(shí)間tf的無(wú)故障間隔n和故障間隔f內(nèi)觀測(cè)。故障間隔f展示了缺少任何容錯(cuò)控制的后果：第二定子的繞組電流iabc2保持穩(wěn)定，因?yàn)榈诙ㄗ拥陌l(fā)電機(jī)側(cè)頻率轉(zhuǎn)換器是健康的，但是發(fā)電機(jī)扭矩表現(xiàn)出明顯的紋波，如可以由這一間隔f中的清楚峰值看到的。

圖12與圖11類(lèi)似，并且示出在發(fā)電機(jī)側(cè)頻率轉(zhuǎn)換器之一中兩個(gè)開(kāi)路故障f1、f2的后果。在這一情景中，發(fā)電機(jī)扭矩88表現(xiàn)出嚴(yán)重的紋波，如可以在間隔f中看到的。

雖然本發(fā)明已經(jīng)以?xún)?yōu)選實(shí)施例及其上的變型的形式公開(kāi)，但將理解，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可以對(duì)其做出許多附加修改和變型。

出于清楚原因，應(yīng)理解，貫穿本申請(qǐng)使用“一”或“一個(gè)”并不排除多個(gè)，并且“包括”并不排除其他步驟或元件。提及“單元”或“模塊”并不排除使用多于一個(gè)的單元或模塊。