用于轉(zhuǎn)換交流電的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于將可變頻率的交流電轉(zhuǎn)換為恒定頻率的交流電的方法和轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中該轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)可以應(yīng)用于帶有多組電絕緣的線圈的發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]在風(fēng)力渦輪機(jī)中，發(fā)電機(jī)可以通過旋轉(zhuǎn)柄來驅(qū)動(dòng)，在該旋轉(zhuǎn)柄上安裝多個(gè)輪葉或者轉(zhuǎn)子葉片。根據(jù)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率，發(fā)電機(jī)可以輸出可變頻率的交流電。為了能夠?qū)㈦娔莛佀偷焦╇娋W(wǎng)中，其中所述供電網(wǎng)為耗電器提供具有例如50Hz或60Hz的預(yù)先給定的交流頻率的電能，由發(fā)電機(jī)提供的可變頻率的能量或功率必須被轉(zhuǎn)換為固定頻率的能量或功率或電流或電壓。
[0003]為此目的，現(xiàn)有技術(shù)使用轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器具有發(fā)電機(jī)側(cè)的部件、整流部件和供電網(wǎng)側(cè)的部件。在轉(zhuǎn)換器的發(fā)電機(jī)側(cè)的部件中，可變頻率的能量電流被轉(zhuǎn)化為直流電并且附加地在轉(zhuǎn)換器的整流部件中被平滑。在供電網(wǎng)側(cè)的部件中，直流電被轉(zhuǎn)化為固定(預(yù)先給定)頻率的交流電。在此，轉(zhuǎn)換器的發(fā)電機(jī)側(cè)的部件以及供電網(wǎng)側(cè)的部件可以分別具有一系列功率晶體管，所述功率晶體管通過其相應(yīng)的柵極上的脈寬調(diào)制信號(hào)來控制，以便實(shí)現(xiàn)至直流電的轉(zhuǎn)化或者至固定頻率的交流電的轉(zhuǎn)化。
[0004]發(fā)電機(jī)尤其是可以具有兩組或更多組電絕緣的線圈，其分別圍繞著定子的齒纏繞。每組線圈或者繞組(其中每組例如可以包括三個(gè)電相)可以被輸送給所屬的轉(zhuǎn)換器，以便實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化。
[0005]然而，要注意的是:由帶有多組電絕緣線圈的發(fā)電機(jī)和用于轉(zhuǎn)換每組電絕緣的線圈的能量電流的多個(gè)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的系統(tǒng)產(chǎn)生相對(duì)較高的噪聲或者高的噪聲電平以及振動(dòng)，這可能導(dǎo)致系統(tǒng)組件的機(jī)械和/或電負(fù)荷并且還作為干擾被察覺。
[0006]在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，執(zhí)行諧波電流注入方法，以便衰減轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。由此，可以在一定的頻率情況下實(shí)現(xiàn)振動(dòng)和噪聲的衰減。然而，這樣的控制要求附加的麻煩和注意，以便準(zhǔn)確地設(shè)定參數(shù)。然而這些參數(shù)不能被應(yīng)用在任何情形或者說所有條件下，以便減輕振動(dòng)或噪聲問題。
[0007]因此存在對(duì)于用于轉(zhuǎn)換交流電的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)和方法的需求，該轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)具比現(xiàn)有技術(shù)的相應(yīng)系統(tǒng)更低的振動(dòng)和噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]該需求通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題來滿足。從屬權(quán)利要求說明了特別的實(shí)施方式。
[0009]按照本發(fā)明的一種實(shí)施方式，提供一種用于將可變頻率交流電轉(zhuǎn)換為恒定頻率的交流電的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中該轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)具有:第一轉(zhuǎn)換器，其可以與發(fā)電機(jī)的第一組線圈電連接；以及至少一個(gè)第二轉(zhuǎn)換器(或者三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或更多個(gè))，其可以與發(fā)電機(jī)的第二組線圈電連接，其中第一轉(zhuǎn)換器在第一運(yùn)行模式中被構(gòu)造用于:確定發(fā)電機(jī)的估計(jì)的第一轉(zhuǎn)子位置，并且基于估計(jì)的第一轉(zhuǎn)子位置控制被包含在第一轉(zhuǎn)換器中的第一功率晶體管以便轉(zhuǎn)換交流電，其中第二轉(zhuǎn)換器在第一運(yùn)行模式中被構(gòu)造用于:從第一轉(zhuǎn)換器接收發(fā)電機(jī)的估計(jì)的第一轉(zhuǎn)子位置并且基于估計(jì)的第一轉(zhuǎn)子位置控制被包含在第二轉(zhuǎn)換器中的第二功率晶體管以便轉(zhuǎn)換交流電。
[0010]轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)例如可以被包含在風(fēng)力渦輪機(jī)之內(nèi)，在該風(fēng)力渦輪機(jī)中發(fā)電機(jī)與其上安裝有多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片或輪葉的轉(zhuǎn)子耦合并且(根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率)產(chǎn)生交流電或可變頻率的能量電流。該恒定的頻率例如可以為50HZ或60Hz。第一轉(zhuǎn)換器以及第二轉(zhuǎn)換器可以分別包含發(fā)電機(jī)側(cè)的部件(產(chǎn)生直流電的部件或者整流器)和耗電網(wǎng)側(cè)的部件(產(chǎn)生固定頻率交流電的部件)，其中不僅發(fā)電機(jī)側(cè)的部件而且耗電網(wǎng)側(cè)的部件可以分別具有功率晶體管。尤其是，每個(gè)部件例如可以分別包含兩個(gè)用于交流電的每相的功率晶體管。按照一種特別的實(shí)施方式，第一轉(zhuǎn)換器或第二轉(zhuǎn)換器的發(fā)電機(jī)側(cè)的部件例如可以包含六個(gè)功率晶體管，以便支持三相，并且第一轉(zhuǎn)換器或第二轉(zhuǎn)換器的耗電網(wǎng)側(cè)的部件也可以分別包含六個(gè)功率晶體管，以便給耗電網(wǎng)提供三相能量電流。在發(fā)電機(jī)側(cè)的部件和耗電網(wǎng)側(cè)的部件之間可以布置整流部件(DC-鏈路)，其尤其是電容器或電容器系統(tǒng)，以便對(duì)通過發(fā)電機(jī)側(cè)的部件(部分地)整流的能量電流進(jìn)行平滑。每個(gè)轉(zhuǎn)換器、也即第一轉(zhuǎn)換器以及第二轉(zhuǎn)換器可以分別包含控制系統(tǒng)，尤其是第一轉(zhuǎn)換器可以包括第一控制系統(tǒng)，并且第二轉(zhuǎn)換器可以包括第二控制系統(tǒng)，以便控制相應(yīng)轉(zhuǎn)換器中的功率晶體管進(jìn)行斷開或者閉合，尤其是借助脈寬調(diào)制信號(hào)，所述脈寬調(diào)制信號(hào)被輸送給功率晶體管的相應(yīng)的柵極。
[0011]發(fā)電機(jī)的第一組線圈與第二組線圈電絕緣。第一組線圈或者可以圍繞發(fā)電機(jī)定子的整個(gè)環(huán)周來延伸或者例如可以僅僅被布置在發(fā)電機(jī)的環(huán)周的一個(gè)部分區(qū)域中(或者分開的多個(gè)部分區(qū)域中)，例如布置在一半上。第一組線圈因此可以與第二組線圈在環(huán)周上重疊或者在另一實(shí)施方式中可以在環(huán)周上不重疊。
[0012]尤其是可以將一組測量值輸送給第一轉(zhuǎn)換器，所述測量值代表第一組線圈的電流。第一組線圈尤其是可以對(duì)應(yīng)于三相，并且關(guān)于第一相中的電流(也稱為U電流)的測量值、關(guān)于第二相中的電流(也稱為V電流)的測量值、以及關(guān)于第三相中的電流(也稱為W電流)的測量值可以被輸送給第一控制系統(tǒng)?；赨電流、V電流和W電流，第一控制系統(tǒng)可以確定發(fā)電機(jī)的估計(jì)的第一轉(zhuǎn)子位置。
[0013]在此，估計(jì)的第一轉(zhuǎn)子位置是對(duì)轉(zhuǎn)子(該轉(zhuǎn)子在發(fā)電機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn))的角位置的估計(jì)，需要了解該角位置，以便控制第一功率晶體管，使得實(shí)現(xiàn)所希望的整流。為了確定發(fā)電機(jī)的估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置可以使用如現(xiàn)有技術(shù)中已知的各種方法。各種估計(jì)方法的細(xì)節(jié)例如可以從文獻(xiàn)US 6 163 127中獲得。
[0014]在第一運(yùn)行模式中，第一轉(zhuǎn)換器因此在無傳感器的控制模式中、也即在不借助附加的傳感器借助測量來確定實(shí)際轉(zhuǎn)子位置的模式中工作。
[0015]除了第一組線圈中的電流的測量值之外，還可以給第一控制系統(tǒng)或第一轉(zhuǎn)換器輸送有功功率、無功功率、電壓、電流等的參考值，所述參考值尤其是可以被用于為耗電網(wǎng)側(cè)的部件的功率晶體管確定控制信號(hào)，以便在第一轉(zhuǎn)換器的輸出端子或多相輸出端口中實(shí)現(xiàn)所希望的有功功率、無功功率、電壓、電流。
[0016]在第一運(yùn)行模式中，第一轉(zhuǎn)換器向第二轉(zhuǎn)換器輸出代表所估計(jì)的第一轉(zhuǎn)子位置的信號(hào)。第二轉(zhuǎn)換器從第一轉(zhuǎn)換器接收估計(jì)的第一轉(zhuǎn)子位置(例如由電、光信號(hào)來代表)并且在通常也被稱為在其中接收關(guān)于轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位置的測量信號(hào)的模式中運(yùn)行(有傳感器控制)。這樣的運(yùn)行模式在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器中被支持并且因此可以通過以下方式由傳統(tǒng)可獲得的轉(zhuǎn)換器組建該轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，即例如將來自第一轉(zhuǎn)換器的估計(jì)的第一轉(zhuǎn)子位置輸送給第二轉(zhuǎn)換器的輸入端，該第二轉(zhuǎn)換器在傳統(tǒng)系統(tǒng)中被設(shè)置用于接收當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置的測量信號(hào)。
[0017]第二轉(zhuǎn)換器在其第一運(yùn)行模式中不自身確定估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置、而是代替于此地使用由第一轉(zhuǎn)換器確定的估計(jì)的第一轉(zhuǎn)子位置并且基于所述估計(jì)的第一轉(zhuǎn)子位置控制第二功率晶體管，所述第二功率晶體管被包含在第二轉(zhuǎn)換器中。尤其是，基于估計(jì)的第一轉(zhuǎn)子位置控制的第二功率晶體管可以部分地或者僅僅被布置在第二轉(zhuǎn)換器的發(fā)電機(jī)側(cè)的部件中。第一轉(zhuǎn)換器的第一功率晶體管也可以被布置在第一轉(zhuǎn)換器的發(fā)電機(jī)側(cè)的部件中。
[0018]發(fā)電機(jī)例如可以具有兩組三相線圈。這兩組是彼此電絕緣的。這樣的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是:當(dāng)一組線圈或第一電容器或第二電容器之一有技術(shù)問題時(shí)，另外的系統(tǒng)仍然可以繼續(xù)產(chǎn)生電能。但是，這兩組線圈可以是磁耦合的。例如，一組線圈中的電流可以明顯影響另一組線圈中的電壓。
[0019]按照本發(fā)明的該實(shí)施方式，因此第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器通過相同的(估計(jì)的)轉(zhuǎn)子位置作為輸入來運(yùn)行。尤其是，第一轉(zhuǎn)換器可以具有與第二轉(zhuǎn)換器相同或者一致的結(jié)構(gòu)。該第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器因此并非彼此獨(dú)立地被運(yùn)行。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中可以存在:在獨(dú)立地運(yùn)行轉(zhuǎn)換器時(shí)，分別估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置容易地是不同的，因?yàn)槎嘟M線圈磁耦合并且因此一組線圈中的電流影響另一組線圈