CN107231105A

CN107231105A - 多定子机器的控制布置

Info

Publication number: CN107231105A
Application number: CN201710182778.2A
Authority: CN
Inventors: N.M.A.弗赖雷
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2017-10-03
Anticipated expiration: 2037-03-24
Also published as: EP3223422A1; US10389284B2; CN107231105B; EP3223422B1; US20170279391A1

Abstract

本发明描述多定子机器（2）的控制布置（1），包括用于多个定子中每个的频率转换器（20_1、20_2）和用于每个频率转换器（20_1、20_2）的控制器（1_1、1_2），其中，频率转换器（20_1、20_2）的控制器（1_1、1_2）实现为基于该定子有关电流值（I_dq1、I^* _dq1、I_dq2、I^* _dq2）生成用于该频率转换器（20_1、20_2）的控制信号（120_1、120_2），和若频率转换器（20_1、20_2）中有开路故障（F1、F2、F3）则基于所接收电流值（I_dq1、I^* _dq1、I_dq2、I^* _dq2）生成用于另外控制器（1_1、1_2）的补偿电流值（I_{dq_comp1}、I_{dq_comp2}）；从另外控制器（1_1、1_2）接收补偿电流值（I_{dq_comp1}、I_{dq_comp2}）；和基于所接收电流值（I_dq1、I^* _dq1、I_dq2、I^* _dq2、I_{dq_comp1}、I_{dq_comp2}）计算用于控制器（1_1、1_2）后续变换级（11）的电压基准（V^* _dq1、V^* _dq2）。本发明还描述此类多定子机器（2）的频率转换器控制器（1_1、1_2）的电流控制模块（10）；多定子机器（2）；和执行多定子机器（2）容错控制的方法。

Description

多定子机器的控制布置

技术领域

本发明描述多定子机器的控制布置；用于多定子机器中的定子的频率转换器的频率转换器控制器的电流控制模块；以及执行多定子机器的容错控制的方法。

背景技术

在永磁体同步发电机（PMSG）中，由永磁体提供激励场，并且在定子中感生的电压的频率与转子轮毂的旋转速率直接有关。由于其性能可靠性，PMSG通常是用于近海风能应用的发电机选择。定子可以实现为具有隔离的中性点的多定子机器，其中每个定子绕组承载多个相（通常为三个）。多定子机器可以是优选的，以便在诸如近海风力电厂的需求应用中实现容错。

为了将PMSG的可变频率转换为恒定的电网频率，发电机侧的频率转换器和电网侧的频率转换器可以在由DC链路连结的背对背布置中使用。频率转换器通常实现为频率开关的布置，诸如隔离栅双极型晶体管（IGBT），这是因为它们以快的切换频率切换高压的能力。无切换IGBT——功率开关晶体管中的开路故障的结果——是PMSG风力涡轮机中功率转换器断供的主要原因之一。在功率开关失效时，相应的发电机相电流变得失真或不稳定，导致扭矩纹波的显著增加。虽然微量的扭矩纹波是可接受的并且实际上在PMSG的正常无故障或“健康”操作期间甚至是不可避免的，但是在故障之后发展的显著较高水平的扭矩纹波造成振动，这可能对发电机或其他组件造成实际损害。

多相PMSG风力涡轮发电机的优点之一在于其即使在其发电机侧转换器中具有一个或多个开路故障时仍然继续操作的能力。在具有多个隔离中性点的多定子PMSG的情况下，合适的绕组（即，所有相）通常停止运行。然而，这导致功率输出的显著降低，以及相应的收益损失。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供应对上述类型的机器中的开路故障的改进的方式。

这一目的通过权利要求1的控制布置；通过权利要求4的电流控制模块；通过权利要求10的多定子机器；以及通过权利要求12的执行多定子机器的容错控制的方法，来实现。

创造性的控制布置意图用于多定子机器中，该多定子机器包括用于所述多个定子中的每一个的频率转换器以及用于每个频率转换器的频率转换器控制器。频率转换器控制器的目的在于基于与该定子有关的输入信号（输入基准、性能参数等）来生成用于该频率转换器的控制信号。根据本发明，每个控制器被实现为接收用于该定子的经测量电流值和基准电流值，并且如果在频率转换器的一个或多个中发生开路故障，则基于电流值和基准电流值来生成用于控制布置的另一等同频率转换器控制器的电流控制模块的补偿电流值。为此，控制器被实现为如果发生开路故障则交换补偿电流值。换言之，每个电流控制模块生成用于另一电流控制模块的补偿电流值，并且从另一电流控制模块接收补偿电流值。由此基于所接收的电流值和所接收的补偿电流值来计算用于控制器的后续变换级的电压基准。

频率转换器应理解为包括多定子机器的发电机侧转换器。如本领域技术人员将知道的，这样的多定子机器与电网之间的频率转换通常由通过DC链路连接在一起的发电机侧转换器与电网侧转换器来实现。

多定子机器的每个定子将承载用于多个相（通常为三个）的绕组。因此，在本发明的上下文中，术语“电流值”应理解为意味着与该定子的每一相有关的电流值。例如，由控制器接收的“经测量电流”可以实际上包括三个测量或观测到的电流值，针对三相绕组的每一相一个电流值。在本发明的上下文中，“补偿电流”是在转换器中基准电流与实际观测到的电流之间的误差。在健康的转换器中，这些值通常将非常接近。在故障的转换器中，至少一对基准和观测到电流将显著不同。通过在创造性的控制方法中交换补偿电流，一个控制器中看见的误差也被“注入”到健康的频率转换器的控制器中。故障的转换器的劣质性能（其将以其他方式导致显著的扭矩纹波）被有效地与另一健康的频率转换器共享。由健康的转换器造成的扭矩纹波可以与由故障的转换器生成的扭矩纹波有效地对称，使得源自开路故障的扭矩纹波可以被有利地减少或者甚至消除。

根据本发明的控制布置的优点在于，机器的改进的后故障控制不要求现存控制器设计的任何显著或昂贵的硬件修改或重新配置。通过相关信号的合适处置以最终生成导致具有有益的最小水平扭矩纹波的更平滑操作的功率开关控制信号，改进的容错控制可以主要受软件影响。

创造性的后故障控制是基于以下创见：IGBT的开路故障导致功率开关的故障；当这样的开路故障发生时，仍然存在电流可用的替代路径，即通过故障开关的整流器二极管；以及每个转换器基本上对机器扭矩做出相等贡献。本发明利用多定子机器设计，并且对“健康”功率转换器中的一个或多个的控制做出调整以补偿或抵消（一个或多个）故障的转换器的行为，结果是有益地最小化扭矩纹波。以这一方式，可以用非常成本有效的方式来实现容错机器。在本发明的上下文中，表述“容错机器”指的是即使在频率转换器中发生一个或多个开路故障时，仍然可以以可接受的性能水平继续操作的多定子机器。换言之，利用根据本发明的控制方法，在发生开路故障时，不需要关停机器。相反，机器可以以可接受的性能水平继续操作，直到故障可以被修复。

根据本发明，电流控制模块包括用于接收经测量电流和基准电流的多个输入端，以及用于确定它们之间的差异的比较器。频率转换器的电流控制模块的目的在于提供电压基准，其将用于生成用于频率转换器的功率开关的控制信号。在根据本发明的电流控制模块中，计算单元被实现为基于电流差异以及还基于如果在另一频率转换器中发生开路故障则从该另一频率转换器的电流控制模块接收的输入补偿电流值，来计算电压基准。电流控制模块被有效地实现为交换补偿电流值。为此，电流控制模块包括补偿模块，用于如果在其频率转换器中发生开路故障则基于电流差异，计算输出补偿电流值——用于发送至另一电流控制模块。

创造性的电流控制模块的优点在于，其可以调整其健康的频率转换器的行为以补偿另一故障的频率转换器的劣质行为。同样地，创造性的电流控制模块可以在其自身的频率转换器已经报告开路故障时从另一健康的频率转换器“接收协助”。

根据本发明，多定子机器包括多个定子、用于所述多个定子中的每一个的频率转换器，以及用于每个频率转换器的控制器。在创造性的多定子机器中，每个频率转换器控制器包括创造性电流控制模块的实例。

创造性的多定子机器特别适合于实现为永磁体同步机器，所述永磁体同步机器操作为例如在风力涡轮机中的发电机。

根据本发明，执行这样的多定子机器的容错控制的方法包括以下步骤：将与其定子有关的观测到的电流值和基准电流值提供给控制器；基于所接收的电流值来生成补偿电流值；监视频率转换器以检测开路故障的发生；如果发生开路故障则在控制器之间交换补偿电流值；以及基于所接收的观测到的电流值、基准电流值和补偿电流值来计算用于控制器的变换级的电压基准。

机器的后故障控制通过基本上一在一个或多个频率转换器中已检测到开路故障就在电流控制模块之间交换补偿电流值来实现。不同于传统的后故障控制策略，根据本发明的方法不要求完全三相绕组停止运行。创造性的控制方法可以实现为对于现存的控制策略仅有微小改编，更具体地，在现存的控制策略的软件中微小改编。

本发明的特别有利的实施例和特征由从属权利要求给出，如在以下描述中揭示的。不同权利要求类别的特征可以酌情组合以给出在此未描述的进一步实施例。

以下，可以假定多个定子（或简称为“多定子”）机器是上述PMSG类型的发电机。因此以下，但不以任意方式限制本发明，创造性的多定子机器可以假定为风力涡轮机的PMSG。而且，术语“控制布置”和“容错控制布置”可以可互换地使用，因为根据本发明的控制布置特别构想为允许多定子机器即使在已经发生故障之后仍然继续操作。本发明特别涉及响应于多定子机器的频率转换器中的开路故障的改进方式。因此，术语“频率转换器故障”、“开路故障”和“故障”可以假定具有相同含义并且可以在以下可互换地使用。

在诸如发电机的机器的控制中，共同的实践是收集或观测一个域中的性能值，以及将那些值转换到另一域以便简化计算。一种确立已久的方法是在静止的“abc”参考系与同步旋转“dq0”参考系之间执行Park变换和Park逆变换。“dq0”参考系也称为直接-正交-零参考系。以下，下标（例如，i_abc、V_dq）以通常方式标注相关参考系。

根据本发明的控制方法优选以通常方式实施为计算机程序产品，包括使用用于处理各种输入以及生成各种输出的合适算法实现的功能模块。为此，控制方法所要求的任何模拟电流和电压信号被转换为由控制布置的功能模块处理的数字值。以下，因此，术语“电流”、“电流值”和“电流信号”可以理解为具有相同含义并且可以可互换地使用。这同样适用于术语“电压”、“电压值”和“电压信号”。

故障诊断可以使用从现有技术已知的若干方法中的任一种，以任意合适方式来执行。可以假定，在此讨论的类型的风力涡轮机已经配备有适当的故障诊断布置，其在一个或多个频率转换器中发生开路故障时提供合适指示。

根据本发明的控制布置可以实施用于具有两个或更多个定子的多定子机器。在本发明的优选实施例中，多定子机器是双定子机器，即，其具有两个定子。在该实施例中，控制布置包括用于第一定子的频率转换器的第一频率转换器控制器，以及用于第二定子的频率转换器的第二频率转换器控制器。第一控制器从第二控制器的电流控制模块接收第一补偿电流值，并且生成用于第二控制器的电流控制模块的补偿电流值。类似地，第二控制器从第一控制器的电流控制模块接收第二补偿电流值，并且生成用于第一控制器的电流控制模块的补偿电流值。换言之，两个电流控制模块是“交换伙伴”并且如果在频率转换器中发生开路故障则交换或者“互换”补偿电流值。以这一方式，第一转换器中的开路故障的发生导致用于第二控制器的非零补偿电流，而第二转换器中的开路故障导致用于第一控制器的非零补偿电流。

诸如多定子PSMG的电气机器通常利用某种故障检测电路来检测并且报告故障的发生。因此在本发明的优选实施例中，控制布置包括实现为检测转换器中的开路故障的发生并且如果发生开路故障则生成激活信号的故障诊断模块。故障诊断模块可以通过连续监视绕组电流来检测发电机侧频率转换器中的故障。各种其他方法可以用于实现诊断功能，例如可以使用电压监视方法或基于硬件的解决方案等。在无故障操作期间，激活信号可以具有为零或者逻辑低的缺省值。在一个或多个IGBT中的开路故障中，相应的频率转换器的激活信号切换到逻辑高，并且用于“使能”由适当的电流控制模块计算的补偿电流值并且使该信号对于该电流控制模块的“交换伙伴”可用。电流控制模块因此生成经调整的电压基准，其继而导致至相关频率转换器的功率开关的经调整的控制信号。容错控制因此被激活。创造性的故障控制方法可以处置高达最大相计数的若干功率开关的故障。因此，对于三相系统，创造性的故障控制可以处置高达三个故障的功率开关或IGBT。

根据本发明的电流控制模块的补偿电流计算模块优选地分析期望或基准电流与观测到的电流值中的差异。这些值被连续地馈送至控制布置的电流控制单元。补偿电流计算模块可以基于这一差异来生成补偿电流信号。通常，真实或观测到的电流将很少精确对应于基准电流。因此，补偿电流计算模块优选地仅在开路故障的发生已经确立时输出其补偿电流信号。在没有故障时，补偿电流信号的值优选地缺省为零并且对于基准电压的计算没有影响。

优选地，补偿电流计算模块包括用于处理差异（或误差）电流的滤波器布置。例如，在本发明的优选实施例中，滤波器布置包括低通滤波器，因为高频分量与扭矩控制不相关。低通滤波器也可以确保补偿电流的谐波内容在电流控制模块的反馈控制器的带宽内。例如，低通滤波器截止频率可以设定为发电机电气频率的十倍，因为由开路故障引入到dq0中的主谐波分别是单个和相开路故障的一次和二次谐波。在本发明的进一步优选实施例中，滤波器布置包括陷波滤波器，其用于从补偿中排除特定谐波。取决于电流基准如何计算，这可能是合乎期望的。例如，电流基准可以由DC链路电压控制器来计算，使得陷波滤波器被要求用于在后故障操作期间去除由DC链路电压引入的谐波分量。优选地，这些滤波器中的任何滤波器使用自适应滤波器来实现。

在本发明的优选实施例中，补偿电流计算模块包括延迟单元，用于在输出补偿电流值上引入时间延迟。时间延迟优选被选择计及系统延迟和/或绕组配置，使得在由一个电流控制模块发出的补偿电流由另一电流控制模块接收时，其可以简单地增加到该另一电流控制模块的差异电流。这个和随后被馈送至反馈控制器，例如比例积分控制器，用于生成该另一电流控制模块的输出基准电压。

在故障被检测到时，根据本发明的控制布置允许机器继续操作而无需中断。在诸如风力涡轮机发电机的发电机的情况下，容错控制方法优选包括如果发生故障则使发电机的功率输出降额的步骤。创造性的后故障控制确保如果在一个或多个频率转换器中发生开路故障则扭矩纹波被保持在有益的最小值。因此，在本发明的特别优选的实施例中，发电机的功率输出被降额额定功率的至多20%，直到故障可以被补救。降额百分比一定程度上取决于各种机器参数（例如，感应系数、磁通量）、故障与健康转换器的比率，以及还取决于故障的IGBT的数量。在两个或更多个功率开关失效时，一个故障的转换器的所要求的降额百分比可以小于20%。

根据以下结合附图的详细描述，本发明的其他目的和特征将变得清楚。然而，应理解，附图仅出于说明目的而设计并且不作为本发明限制的定义而设计。

附图说明

图1示出根据本发明的控制布置的实施例；

图2示出根据本发明的电流控制模块的实施例；

图3示出图2的电流控制模块中的补偿电流计算模块的第一实施例；

图4示出使用根据本发明的控制布置实现的电流和扭矩的图形；

图5示出使用根据本发明的控制布置实现的电流和扭矩的图形；

图6示出根据本发明的电流控制模块的补偿电流计算模块的第二实施例；

图7示出用于多定子机器的故障情景；

图8示出用于多定子机器的另外故障情景；

图9示出传统的风力涡轮机的框图；

图10示出传统的控制布置的实施例；

图11和12示出使用传统的控制方法实现的电流和扭矩的图形。

在各图中，贯穿其中的相同的标号指代相同的对象。各图中的对象并不一定按比例绘制。

具体实施方式

图1示出供双定子PMSG 2使用的根据本发明的控制布置1的实施例。两个定子中的每一个具有一组绕组W_1、W_2。发电机2具有两个频率转换器20_1、20_2，每个定子一个。每个频率转换器20_1、20_2由其自身的控制器1_1、1_2控制。每个控制器1_1、1_2提供有适当的输入信号，诸如功率基准、转子位置θ_e、DC电压基准、绕组电流的测量值i_abc1、i_abc2、发电机扭矩、旋转速率等，如本领域技术人员将知道的。基于各种输入信号130_1、130_2、140_1、140_2，Iq基准计算块13和Id基准计算块14确定每种情况下用于电流控制模块10的电流基准I^* _dq1、I^* _dq2。每个电流控制模块10的目的在于将观测到的电流I_dq1、I_dq2（通过观测到的电流i_abc1、i_abc2的通常变换获得）与电流基准I^* _dq1、I^* _dq2的值进行比较。这些之间的任意误差用于生成电压基准V^* _dq1、V^* _dq2，电压基准V^* _dq1、V^* _dq2在由后续的脉冲宽度调制（PWM）块12使用之前在块11中经历Park逆变换（通过使用适当的变换矩阵，将输入从同步旋转dq0参考系变换到静止abc参考系），脉冲宽度调制（PWM）块12将生成用于频率转换器20_1、20_2的切换信号120_1、120_2以便控制绕组电流。

图2示出双定子机器的两个电流控制模块10的实施例。每个电流控制模块10包括比较器101，用于将观测到的电流I_dq1、I_dq2与电流基准I^* _dq1、I^* _dq2的值进行比较。这些之间的任何误差ΔI_dq1、ΔI_dq2用于生成用于后续变换块11的电压基准V^* _dq1、V^* _dq2。每个电流控制模块10提供有观测到的电流I_dq1、I_dq2（通过观测到的电流i_abc1、i_abc2的通常变换获得）、基准电流值I^* _dq1、I^* _dq2（来自基准计算块13、14）、以及来自另一电流控制模块10的补偿电流I_{dq_comp1}、I_{dq_comp2}的值。

在传统的电流控制模块中，基准电压V^* _dq1、V^* _dq2将通过把误差ΔI_dq1、ΔI_dq2馈送到诸如比例积分（PI）控制器103的适当反馈控制器103来计算。创造性的电流控制模块10胜过传统的基准电压计算，并且与另一电流控制模块10交换信息。为此，第一电流控制模块10（在图的顶部）从第二电流控制模块10（在图的底部）接收输入补偿电流值I_{dq_comp1}，并且生成输出补偿电流值I_{dq_comp2}以发送至第二电流控制模块10。补偿电流值可以视为基本上等于实际观测到的电流与基准电流之间的差异。加法器102将所接收的输入补偿电流值增加到本地计算出的差异，并且将总和给到计算基准电压的反馈控制器。以这一方式，电流控制模块10的基准电压V^* _dq1、V^* _dq2不再仅仅基于其自身的频率转换器的观测到的电流和基准电流，而是还基于另一频率转换器的任何误差电流。

校正仅在频率转换器中的实际开路故障期间生效。为此，每个频率转换器20_1，20_2包括故障诊断模块21_1、21_2，其生成使能或激活信号FTC_en1、FTC_en2，用于激活频率转换器20_1、20_2的容错控制。例如，在第一频率转换器20_1中发生开路故障时，激活信号FTC_en1将从逻辑低（“0”）切换到逻辑高（“1”）。控制布置1_1的第一电流控制模块10随后生成非零输出补偿电流信号I_{dq_comp2}以发送给第二电流控制模块，第二电流控制模块在这种情况下是控制器1_2的电流控制模块10。

如果控制布置1_2的频率转换器20_2是健康的，则其输出补偿电流I_{dq_comp1}为零并且对由第一控制器1_1中的电流控制模块10的反馈控制器103计算出的基准电压V^* _dq1没有任何影响。

由电流控制模块10提供的输出补偿电流信号I_{dq_comp1}、I_{dq_comp2}在补偿电流计算模块100中被计算。这样的补偿电流计算模块100的实施例在图3中示出，图3示出与第一控制器1_1有关的信号。输入ΔI_dq1首先在低通滤波器105中被滤波并且随后被陷波滤波器106滤波。作为结果的已滤波信号可以由适当的时间延迟补偿单元107给予时间延迟。这些步骤可以连续地执行，无论频率转换器中是否存在故障。在开路故障实际在这一频率转换器中发生时，由故障诊断模块生成的激活信号FTC_en1允许已滤波（并且可选地还被延迟）的补偿I_{dq_comp2}信号发送至第二频率转换器20_2的电流控制模块10。否则，输出补偿电流I_{dq_comp2}将具有零值并且将对第二转换器20_2的转换器控制信号120_2没有任何影响。

图4示出双定子PMSG的第一定子的绕组电流i_abc1以及第二定子的绕组电流i_abc2的每单位图形。该图还示出使用根据本发明的控制布置实现的发电机扭矩40。实验值在无故障间隔N和容错控制间隔FTC内观测。在正常无故障操作期间，每个定子的绕组电流i_abc1、i_abc2具有基本上稳定的正弦形式。在时间t_F，开路故障发生在第一定子的发电机侧频率转换器的一个相的一个开关中。第一定子的绕组电流i_abc1变得不稳定。通过激活控制布置的电流控制模块之间的补偿电流值的交换，故障的负面影响被很大程度地消去，并且扭矩40在故障之后不表现出任何明显的纹波。这一有益的稳定行为允许发电机保持连接以将功率传递给电网。当然，发电机可能需要降额高达额定功率的20%，因为DC链路电压在容错控制期间可能表现出附加的谐波，并且发电机相电流可能具有较高的最大值。

图5也示出在时间t_F时一个相的两个开关中开路故障之后在无故障间隔N和容错控制间隔FTC内的电流i_abc1、i_abc2和发电机扭矩50的每单位图形。在此也通过激活电流控制模块之间的补偿电流值的交换，故障的负面影响被共享，并且扭矩50在故障之后保持有益地稳定。

多定子机器可以包括多于两个定子。图6示出用在包括n个定子的机器中的根据本发明的电流控制模块的补偿电流计算模块100的第二实施例。类似于图3，误差电流值ΔI_dq1在滤波器布置105、106中被滤波。由于补偿电流将发送至n-1个电流控制模块，所以滤波器布置的输出除以n-1。如果频率转换器中发生故障，则补偿电流I_{dq_comp2}……I_{dq_compn}被发送至其他n-1个电流控制模块。如果要求，补偿电流信号可以在延迟单元107中酌情延迟，其中在每种情况下所增加的延迟可以不同。

图7示出多定子机器的故障情景。出于简化的原因，多定子机器假定为具有隔离的中性点以及绕组之间没有空间移位的双定子机器。该图示出双定子机器2的两个发电机侧频率转换器20_1、20_2的简化表示。每个频率转换器20_1、20_2包括上下组的三个n沟道IGBT 200，每个绕组电流相一个。控制信号（未示出）施加至IGBT 200的栅极，并且每个发电机侧频率转换器20_1、20_2经由DC链路连接至电网侧频率转换器（未示出）。该图示出在一个相的上开关中的开路故障F1，以及在同一相的下开关中的另一开路故障F2。这样的开路故障F1、F2牵涉到晶体管的故障，使得电流不再能从集电极流向发射极。然而，开关二极管仍然提供相反方向的用于相电流的路径。

图8示出多定子机器的另外的故障情景。在此，第一转换器20_1的全部三相的全部上开关已经失效。故障的转换器20_1的功能性受限，并且称为“半受控整流器”。即使在这一严重的故障F3的情况下，创造性的方法允许发电机继续以有益地低水平扭矩纹波操作，因为对于故障的第一转换器20_1的相电流的干扰通过将互补的干扰引入到健康的第二转换器20_2的相电流而得到补偿。

图9示出传统的风力涡轮机8的框图。在这一非常简化的图中，风力涡轮机8由转子轮毂80表示，其具有三个叶片，布置为转动主轴。主轴连接至齿轮箱81，其将主轴的缓慢的高扭矩旋转转换为双定子发电机2的较快旋转。用于每个定子的控制布置包括背对背拓扑中的两个DC/AC转换器，即经由DC链路连接至电网侧转换器9B（用于控制变压器电流）的发电机侧转换器9A（用于控制定子电流）。控制布置是多定子发电机2与变压器90之间的接口，允许输出功率馈送至电网91。

传统的控制布置的发电机侧转换器9A、9B的框图在图10中示出。在此，每个发电机侧转换器9A、9B包括基准计算块13、14；电流控制模块84；变换单元11以及调制器12。在传统的控制布置中，在电流控制模块84之间没有信息的交换。源自相应的频率转换器中的开路故障F1、F2、F3（如图7或图7中所描述的）的不稳定的绕组电流未被校正或补偿。（一个或多个）不稳定的绕组电流导致明显水平的扭矩纹波。如果容错控制是不可能的，则风力涡轮机8必须与电网91断开连接，从而导致显著的收益损失。

图11展示了缺少任何容错控制的后果。在此同样，该图示出用于双定子PMSG的绕组W_1、W_2的电流i_abc1、i_abc2以及发电机扭矩87的每单位图形。实验值在发电机侧频率转换器中的一个相的一个开关中的开路故障之后开始于时间t_F的无故障间隔N和故障间隔F内观测。故障间隔F展示了缺少任何容错控制的后果：第二定子的绕组电流i_abc2保持稳定，因为第二定子的发电机侧频率转换器是健康的，但是发电机扭矩表现出明显的纹波，如可以由这一间隔F中的清楚峰值看到的。

图12与图11类似，并且示出在发电机侧频率转换器之一中两个开路故障F1、F2的后果。在这一情景中，发电机扭矩88表现出严重的纹波，如可以在间隔F中看到的。

虽然本发明已经以优选实施例及其上的变型的形式公开，但将理解，在不偏离本发明的范围的情况下可以对其做出许多附加修改和变型。

出于清楚原因，应理解，贯穿本申请使用“一”或“一个”并不排除多个，并且“包括”并不排除其他步骤或元件。提及“单元”或“模块”并不排除使用多于一个的单元或模块。

Claims

1.一种多定子机器（2）的控制布置（1），包括用于多个定子中的每一个的频率转换器（20_1、20_2）以及用于每个频率转换器（20_1、20_2）的控制器（1_1、1_2），其中，频率转换器（20_1、20_2）的控制器（1_1、1_2）被实现为基于与该定子有关的电流值（I_dq1、I^* _dq1、I_dq2、I^* _dq2）来生成用于该频率转换器（20_1、20_2）的控制信号（120_1、120_2），以及实现为

- 基于所接收的电流值（I_dq1、I^* _dq1、I_dq2、I^* _dq2）来生成用于另外的控制器（1_1、1_2）的补偿电流值（I_{dq_comp1}、I_{dq_comp2}）；

- 从另外的控制器（1_1、1_2）接收补偿电流值（I_{dq_comp1}、I_{dq_comp2}）；以及

- 基于所接收的电流值（I_dq1、I^* _dq1、I_dq2、I^* _dq2、I_{dq_comp1}、I_{dq_comp2}）来计算用于所述控制器（1_1、1_2）的后续变换级（11）的电压基准（V^* _dq1、V^* _dq2）。

2. 根据权利要求1的用于双定子机器（2）的控制布置，包括：

- 用于第一定子的频率转换器（20_1）的第一控制器（1_1）；以及

- 用于第二定子的频率转换器（20_2）的第二控制器（1_2）；

其中，所述第一控制器（1_1）从所述第二控制器（1_2）的电流控制模块（10）接收第一补偿电流值（I_{dq_comp1}）并且生成用于所述第二控制器（1_2）的电流控制模块（10）的补偿电流值（I_{dq_comp2}）；并且所述第二控制器（1_2）从所述第一控制器（1_1）的电流控制模块（10）接收第二补偿电流值（I_{dq_comp2}）并且生成用于所述第一控制器（1_1）的电流控制模块（10）的补偿电流值（I_{dq_comp1}）。

3. 根据权利要求1或权利要求2的控制布置，包括故障诊断模块（21_1、21_2），其实现为检测频率转换器（20_1、20_2）中的开路故障（F1、F2、F3）的发生，以及如果发生开路故障（F1、F2、F3），则生成补偿电流激活信号（FTC_en1、FTC_en2）。

4.一种分配给多定子机器（2）的一个定子的频率转换器（20_1、20_2）的控制器（1_1、1_2）中的电流控制模块（10），所述电流控制模块（10）包括

- 用于接收与该定子有关的电流值（I_dq1、I_dq2）以及基准电流值（I^* _dq1、I^* _dq2）的多个输入端，以及用于基于所接收的电流值（I_dq1、I^* _dq1、I_dq2、I^* _dq2）来确定差异电流值（ΔI_dq1、ΔI_dq2）的比较器（101）；

- 用于基于所述差异电流值（ΔI_dq1、ΔI_dq2）来计算输出补偿电流值（I_{dq_comp1}、I_{dq_comp2}）的补偿电流计算模块（100）；以及

- 被实现为基于所接收的电流值（I_dq1、I^* _dq1、I_dq2、I^* _dq2）以及从另一频率转换器控制器（1_1、1_2）的电流控制模块（10）接收的输入补偿电流值（I_{dq_comp1}、I_{dq_comp2}）来计算用于后续变换级（11）的电压基准（V^* _dq1、V^* _dq2）的基准电压计算单元（103）。

5.根据权利要求4的电流控制模块，其中，所述补偿电流计算模块（100）包括布置为处理所述差异电流值（ΔI_dq1、ΔI_dq2）的滤波器布置（105、106）。

6.根据权利要求5的电流控制模块，其中，所述滤波器布置（105、106）包括多个自适应滤波器。

7.根据权利要求5或权利要求6的电流控制模块，其中，所述滤波器布置包括低通滤波器（105）和/或陷波滤波器（106）。

8.根据权利要求4至7中的任一项的电流控制模块，其中，所述补偿电流计算模块（100）包括用于在所述输出补偿电流值（I_{dq_comp1}、I_{dq_comp2}）上引入时间延迟的延迟单元（107）。

9.根据权利要求4至8中的任一项的电流控制模块，包括被实现为对所述基准电流值（I^* _dq1、I^* _dq2）进行滤波的输入滤波器（104）。

10.一种多定子机器（2），特别是多定子永磁体同步发电机（2），包括用于多个定子中的每一个的频率转换器（20_1、20_2），以及根据权利要求1至3中的任一项的用于控制所述频率转换器（20_1、20_2）的控制布置（1）。

11. 一种风力涡轮机，包括根据权利要求10的多定子机器。

12.一种执行多定子机器（2）的容错控制的方法，所述多定子机器（2）包括用于多个定子中的每一个的频率转换器（20_1、20_2），以及用于每个频率转换器（20_1、20_2）的控制器（1_1、1_2），所述方法包括以下步骤

- 将与其定子有关的电流值（I_dq1、I^* _dq1、I_dq2、I^* _dq2）提供给控制器（1_1、1_2）；

- 基于由控制器（1_1、1_2）接收的电流值（I_dq1、I^* _dq1、I_dq2、I^* _dq2）来生成补偿电流值（I_{dq_comp1}、I_{dq_comp2}）；

- 监视所述频率转换器（20_1、20_2）以检测频率转换器（20_1、20_2）中的开路故障（F1、F2、F3）的发生；

- 如果发生开路故障（F1、F2、F3），则在控制器（1_1、1_2）之间交换补偿电流值（I_{dq_comp1}、I_{dq_comp2}）；以及

- 基于所接收的电流值（I_dq1、I^* _dq1、I_dq2、I^* _dq2、I_{dq_comp1}、I_{dq_comp2}）来计算用于控制器（1_1、1_2）的变换级（11）的电压基准（V^* _dq1、V^* _dq2）。

13.根据权利要求12的方法，包括以下步骤：如果发生开路故障（F1、F2、F3），则生成补偿电流激活信号（FTC_en1、FTC_en2）以使能在频率转换器控制器（1_1、1_2）之间交换补偿电流值（I_{dq_comp1}、I_{dq_comp2}）。

14.根据权利要求12或权利要求13的方法，其中，执行容错控制的步骤在所述多定子机器（2）的不中断操作期间进行。

15.根据权利要求12至14中的任一项的方法，包括如果发生故障（F1、F2、F3）则降额多定子发电机（2）的功率输出的步骤，其中，所述功率输出优选降额额定功率的至多20%。