CN109756163A

CN109756163A - 用于发电机的转矩脉动减小

Info

Publication number: CN109756163A
Application number: CN201811060741.3A
Authority: CN
Inventors: 谢舸
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2019-05-14
Anticipated expiration: 2038-09-12
Also published as: US20190081583A1; CN109756163B; EP3454469A1; EP3454469B1; DK3454469T3

Abstract

本发明涉及用于发电机的转矩脉动减小。提供了一种控制发电机（111）以减小谐波转矩脉动的方法，所述方法包括：使用安装在所述发电机（111）的第一位置（a1）处的第一加速计（271、471）测量加速度的第一值（240、21）；使用安装在所述发电机（111）的第二位置（a2）处的第二加速计（273、473）测量加速度的第二值（244、23）；基于加速度的第一值（240、21）和第二值（244、23）的组合得到振动信号（243、27）；基于所述振动信号（243）得到参考谐波电流（Iqref）的幅度（251）和相位（253）；基于所述参考谐波电流（Iqref）将电流注入到所述发电机（111）中。

Description

用于发电机的转矩脉动减小

技术领域

本发明涉及用于控制发电机以减小谐波转矩脉动（harmonic torque ripple）的方法和布置结构。此外，本发明还涉及包括发电机和用于控制该发电机以减小谐波转矩脉动的布置结构的风力涡轮机。

背景技术

风力涡轮机可包括转子轴，该转子轴具有连接到其的叶片，并且风力涡轮机可包括发电机，特别是具有发电机转子的高功率永磁同步电机，该发电机转子机械连接到转子轴。

传统上，转矩脉动控制对于高功率永磁同步电机而言可能是一个巨大的挑战。机器的转矩无法被精确地测量或估计，对于转矩的谐波尤其是这样。因此，传统上，转矩脉动本身，例如转矩的高次谐波（higher harmonics），无法被用作控制器中的反馈。

传统上，一种使转矩脉动最小化的方法可以是在q轴上注入相应的频率谐波电流，并且同时强制d轴谐波电流为零。例如，电流注入可以通过适当地控制转换器来实现，该转换器具有与发电机、特别是永磁同步电机的高功率输出端子连接的高功率输入端子。例如，为了最小化6f（电机的基频的六倍）转矩脉动，可以在q轴上注入6f谐波电流作为参考，并且6f谐波d轴电流可以被设置为零。此外，6f I_q可以通过PI控制器来控制作为参考。然而，在该方法中，参考谐波电流的幅度和相位角可能由于不同的操作条件而改变。因此，对于根据常规技术的长期操作的转矩脉动控制器而言，固定的参数是不可靠的。

控制转矩脉动的另一种常规方法可以是使用测量信号（例如，应变仪或麦克风）作为反馈信号。应变仪可以提供可靠的反馈，但谐波分量的精度可能不够好。麦克风测量信号可能包含正常控制器可能无法处理的大延迟。

传统上，由直驱式风力发电机上的永磁体引起的转矩脉动可能带来很大的振动和噪声。根据国际标准IEC 61400-11，可能需要在标准IEC位置处测量涡轮噪声。然而，找到准确且可靠的反馈来表示IEC位置噪声对于闭环转矩脉动和噪声控制而言一直是个麻烦。

传统上，通过在dq参考系上注入相应的频率谐波电流，可以最小化转矩脉动。使用固定的开环谐波电流频率可能是简单的解决方案，但是由于不同的发电机操作条件，所需的参考可能改变。

EP 2 552 013 A1公开了通过使用包括谐波分量的修改的定子线圈驱动信号来减小机电换能器的噪声和振动。

因此，可能需要用于控制发电机以减小谐波转矩脉动的方法和布置结构，其中，减少或甚至克服了现有技术中的至少一些缺点。特别地，可能需要控制发电机以减小谐波转矩脉动的方法和布置结构，其在发电机的不同操作条件下可靠地工作。

发明内容

该需要可以通过根据独立权利要求所述的主题来满足。本发明的有利实施例通过从属权利要求来描述。

根据本发明的一个实施例，提供了一种控制发电机以减小谐波转矩脉动的方法，所述方法包括：使用安装在所述发电机的第一位置处的第一加速计来测量加速度的第一值；使用安装在所述发电机的第二位置处的第二加速计来测量加速度的第二值；基于加速度的所述第一值和所述第二值的组合来得到振动信号；基于所述振动信号得到参考谐波电流的幅度和相位；基于所述参考谐波电流将电流注入到所述发电机中。

该方法可以用硬件和/或软件来实现，并且特别是可以通过风力涡轮机的控制器或者一般地通过发电机的控制器来执行。所述发电机特别地可以是或包括永磁同步电机，其中复数个永磁体被附接到相对于定子旋转的转子，该定子具有至少一组定子绕组，例如一组或多组三相定子绕组。所述发电机可以包含在风力涡轮机中。

所述第一加速计和第二加速计可以测量发电机的多个部分的加速度（在一个、两个或甚至三个不同的方向上）。所述加速度的第一值和加速度的第二值可以表示发电机的多个部分的机械振动或振荡的测量值。所述第一位置可以与所述第二位置不同，例如布置在发电机的不同的轴向面或端部处。所述振动信号可以包括发电机的基本电频率的一个或多个高次谐波，基频特别是与相对于固定定子旋转的发电机转子的旋转频率相关。为了得到振动信号，通过第一加速计测量的加速度的第一值可以与通过第二加速计测量的加速度的第二值组合。所述组合例如可以包括形成所述第一值和第二值的和或平均。所述振动信号本身可以通过光学和/或电信号来表示。

参考谐波电流的幅度和相位（特别地表示待注入以便减小转矩脉动的特定谐波的电流）可以根据和/或联系操作点的值来得到。参考谐波电流可以被描述为三角函数，例如正弦函数或余弦函数，作为参数该三角函数具有发电机的基频的特定谐波并且还具有相位。特别地，该三角函数的参数可以是特定谐波（例如，2、4、6或甚至更高）乘以发电机的电角度加上相位值的和。该三角函数可以乘以根据本发明的实施例得到的幅度，用于限定参考谐波电流。

根据本发明的实施例，可以减小一个或多个谐波转矩脉动或者转矩脉动的一个或多个谐波。对于要减小的转矩脉动的每个谐波，相应的参考谐波电流可以被关联并且最终也被注入到发电机中。特别地，当期望减小转矩脉动的一个或多个谐波时，电流可以基于一个或多个参考谐波电流（其特别是可以独立地得到并且加在一起）被注入到发电机中。由于本发明的实施例考虑了发电机在其中操作的操作区域或操作点，因此可以改善谐波转矩脉动的减小。

注入的电流不仅可以基于参考谐波电流来确定，而且还可以基于例如参考基波电流之类的其他参考值来确定。

注入电流可以通过适当地控制例如发电机的转换器来执行，其中，转换器的功率输入端子可以被连接到发电机的功率输出端子。该转换器特别是可以包括或者是AC-DC-AC转换器，其可适于将可变频率功率流（例如，来自发电机的输出）转换成固定频率功率流。该转换器特别是可以包括多个高功率开关，例如IGBT或任何其他合适的晶体管，这些高功率开关可以由栅极驱动器电路来驱动。

根据本发明的一个实施例，所述振动信号是基于加速度的所述第一值和所述第二值的和。由于发电机的构造和几何形状，在不同位置处测量的加速度或在不同位置处的发电机的部件的振动可能是不同的。通过考虑在发电机的不同位置处执行的振动信号或加速度测量，可以用更精确的方式来确定参考谐波电流。

根据本发明的一个实施例，加速度的所述第一值和加速度的所述第二值与发电机的周向方向上的加速度相关。驱动转子轴的转矩可以作用在周向方向上。因此，取周向方向上的加速度可以被有效地用于确定发电机的转矩脉动。所述周向方向垂直于径向方向，并且也垂直于发电机的轴向方向。转子的旋转轴线平行于该轴向方向。

根据本发明的一个实施例，所述第一位置和所述第二位置具有基本上相同的径向位置和基本上相同的周向位置，但是具有不同的轴向位置，特别是镜像对称地布置。

当第一加速计和第二加速计被基本上布置在相同的径向位置处并且也布置在相同的周向位置处时，加速度的测量的第一值和测量的第二值可以被有利地组合以得到振动信号。镜面可以是处于发电机的轴向中心处的（假想的）平面，该平面垂直于轴向方向。

根据本发明的一个实施例，所述第一加速计被安装在第一定子板处，并且所述第二加速计被安装在第二定子板处，所述定子板朝向环境限定所述定子，并且特别地是基本上环形的平板。

第一定子板可以从第一轴向侧覆盖发电机，并且第二定子板可以在第二轴向相位（或第二轴向侧，second axial phase）处覆盖发电机，并且可以与第一定子板轴向隔开。定子的线圈或绕组可以包含在第一定子板和第二定子板之间的空间内。加速计可以在可从内部接近的轴向面处被安装在定子板处。由此，第一加速计和第二加速计可以有利地测量不同位置处的加速度，然后可以将该加速度考虑在内以得到适合于减小特定谐波转矩脉动的参考谐波电流。

根据本发明的一个实施例，所述发电机包括转子，所述转子具有安装在所述转子上的永磁体，所述永磁体布置成处于不同的轴向位置的至少两个、特别是介于5个和20个之间的环，所述环在周向方向上相对于彼此偏斜。

当不同的相邻永磁体环在周向方向上相对于彼此偏斜时，可以有利地减小齿槽转矩。永磁体的这种构造也可以称为转子偏斜设计。特别地，对于这种转子偏斜设计，可以预期的是，在发电机的不同位置处测量的加速度可以略微不同。特别地，对于这种转子偏斜设计，在两个不同位置处测量加速度的至少两个值可能是有利的。

根据本发明的其他实施例，设置了测量加速度的多于两个值的多于两个加速计。特别地，在发电机的不同位置处测量的多个加速度值可以被组合，例如求和或平均等，以便得到振动信号，然后基于该振动信号得到参考谐波电流。由此，可以进一步改进控制方法。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：确定所述发电机的操作点的值；基于所述振动信号和所述操作点的值，得到所述参考谐波电流的所述幅度和所述相位。所述操作点可以限定涡轮机处于哪种操作状态。取决于涡轮机的操作状态，参考谐波电流可能改变。由此，仍然还基于所述振动信号，也考虑到涡轮机的操作状态来得到参考谐波电流可以改进控制方法。

根据本发明的一个实施例，特别是基于测量的所述发电机的基本转矩，并且特别是基于测量的所述发电机的旋转速度，来确定所述操作点的值。发电机的基本转矩和旋转速度（旋转速度也称为发电机的频率）可以是适当的操作参数，以限定发电机操作的工作点或工作范围。特别地，取决于如此限定的工作点或工作范围，参考谐波电流的幅度和相位可以变化。因此，根据发电机操作的工作范围或工作点来得到参考谐波电流的幅度和相位是合理和有效的。

操作点可以限定发电机的操作条件，特别是在一个或多个操作参数方面。特别地，两个操作参数，例如发电机所产生的基本转矩和发电机的电频率（也称为基频），可以是适当的操作参数，以表征所述操作点。还可以使用其他操作参数来限定操作点，例如，涡轮功率、发电机功率、转子速度和发电机机械频率等。本发明的实施例可以限定一个或多个操作区域或范围，例如二维（或更高维）坐标系中的区域，其中在坐标系的轴上指示两个或更多个操作参数。特定的操作区域可以被限定为二维或更高维的范围，对于该范围，一个或多个操作参数以预定偏差从一个或多个中心值偏离较少。由此，根据发电机操作的操作点或操作区域以关于谐波转矩脉动的减小来控制发电机成为可能。因此，谐波转矩脉动的减小可以更有效，由此进而改善发电机的性能，并进一步减少转换器的部件的磨损和损坏。

特别地，所述方法可以随着时间的推移重复地执行。由此，可以（例如，连续地或以采样的方式）测量机械振动，并且还可以连续地或以采样的方式确定发电机操作的操作点。进而，可以基于在相应时间测量的相应的振动信号以及在相对应的时间的操作的值来重复地得到幅度和相位。此外，还可以连续地或重复地或以采样的方式得到基于参考谐波电流的电流，并且该电流可以被注入到发电机中。

根据本发明的一个实施例，得到所述参考谐波电流的幅度和相位包括：过滤振动信号，从而减少除（所关注要减小的）特定谐波之外的振动信号的分量，以获得过滤的振动信号；特别是时间平均过滤的振动信号的RMS值；从存储器中查找与操作点的值相关联的初始幅度和初始相位；基于所述初始幅度和所述初始相位来执行幅度和相位的优化，使得所述振动信号减小，特别是最小化；以及与所述操作点的值相关联，将优化的幅度和优化的相位存储在存储器中。

所述振动信号可以包括复数个频率分量，例如基频的分量以及基频的一个或多个谐波。可以执行过滤（使用模拟和/或数字滤波器）振动信号以减少非关注的频率分量，但是通过期望在转矩脉动中减小的至少一个频率分量。

过滤的振动信号是AC信号。可以使用AC信号的RMS值来代替AC信号本身。可选的时间平均可以进一步降低过滤的振动信号中的噪声。

可以提供初始幅度和初始相位（与特定工作点相关联或对应）的查找表，或者可以在电子存储器中访问该查找表。可以预先确定幅度和相位的初始值，例如通过执行涉及仿真和/或实验测试的控制器调整。然而，初始幅度和初始相位可能没有适当地反映待注入以减小转矩脉动的参考谐波电流的正确值，但是其他值可能对于减小谐波转矩脉动更有效。因此，从这些初始值开始，执行优化，其中，如可以表示优化期间的反馈的振动信号所反映的，以减小一个或多个期望谐波的机械振动为目标来改变幅度和/或相位。然后，优化的幅度和相位也被存储在例如电子存储器中，以供将来使用，并且还用于基于参考谐波电流来得到电流，该电流随后可最终被注入到发电机中。

根据本发明的一个实施例，将电流注入到发电机中包括：基于所述参考谐波电流和至少一个定子绕组中的实际电流来确定参考谐波电压，每个参考谐波电流和实际电流特别地由dq坐标系中的分量来表示；形成所述参考谐波电压和参考基波电压的和；以及将所述和作为参考电压提供给转换器的控制输入，所述转换器具有连接到所述发电机的功率输出端子的功率输入端子。

所述参考谐波电压可以表示待提供给转换器的电压参考，该电压参考对于减小特定谐波的谐波转矩脉动可能是有效的。由所述电压参考，转换器可以得到脉冲宽度调制信号，该脉冲宽度调制信号可以控制功率开关的导通状态，从而实现在转换器的功率输出端子处产生与所述电压参考相对应（或至少基本上相等）的输出电压。

所述参考基波电压可以表示待由发电机输出的处于基频下的期望电压，而不考虑输出电压的任何高次谐波。当参考基波电压和参考谐波电压二者被相加并提供给驱动器或转换器时，转换器可以将其功率开关例如切换到二者，实现接近参考基波电压的基波电压，并且还注入谐波电流，使得谐波电压接近参考谐波电压，从而减小转矩脉动。

根据本发明的一个实施例，所述方法还可以包括基于所述发电机的所述至少一个定子绕组中的实际电流和参考基波电流来确定所述参考基波电压。

参考基波电流可以从场区控制器（park controller）或风电场控制器或者从发电机（例如，通过转换器）所连接到的公用电网的供应商或操作者处接收。

应当理解的是，单独地或以任何组合地公开、描述、提供或应用于操作发电机的方法的特征也可以单独地或以任何组合地应用于根据本发明的实施例的用于控制发电机的布置结构，并且反之亦然。

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于控制发电机以减小谐波转矩脉动的布置结构，所述布置结构包括：第一加速计，其可安装在所述发电机的第一位置处，并且适于测量加速度的第一值；第二加速计，其可安装在所述发电机的第二位置处，并且适于测量加速度的第二值；处理器，其适于：基于加速度的所述第一值和所述第二值的组合来得到振动信号，以及基于所述振动信号得到参考谐波电流的幅度和相位；以及驱动器，其适于基于所述参考谐波电流将电流注入到所述发电机中。

特别地，所述驱动器可以被配置为AC-DC-AC转换器。

根据本发明的一个实施例，提供了一种风力涡轮机，其包括：轴，其具有连接到其的转子叶片；与所述轴机械耦接的发电机；以及根据任一前述实施例所述的布置结构，所述驱动器特别地配置为基于参考谐波电流来控制的转换器。

现在参照附图来描述本发明的实施例。本发明不限于所图示或描述的实施例。

本发明的上文所限定的方面以及另外的方面通过将在下文中描述的实施例的示例是显而易见的，并且参考这些实施例的示例来解释。将在下文中参考实施例的示例来更详细地描述本发明，但本发明并不限于这些实施例的示例。

附图说明

图1示意性地图示了根据本发明的一个实施例的风力涡轮机，其包括根据本发明的一个实施例的用于控制发电机的布置结构；

图2示意性地图示了根据本发明的一个实施例的用于控制发电机的布置结构；

图3示意性地图示了可包含在根据本发明的一个实施例的图1中所示的风力涡轮机中的发电机；

图4示意性地图示了可包含在根据本发明的一个实施例的风力涡轮机中的另一发电机；

图5至图8图示了用于说明控制方法的实施例的示图；

图9至图12图示了用于解释本发明的实施例的示图。

具体实施方式

附图中的图示采用示意性的形式。要注意的是，在不同的附图中，相似或相同的元件配有相同的附图标记，或者配有仅在第一位数内与相对应的附图标记不同的附图标记。

图1以示意性的形式图示了风力涡轮机100，其向公用电网101提供电能。该风力涡轮机包括轮毂103，复数个转子叶片105被连接到该轮毂103。该轮毂被机械连接到主轴107，该主轴107的旋转通过可选的齿轮箱108变换成副轴109的旋转，其中，齿轮箱108可以是可选的，在这种情况下，风力涡轮机可以是直驱式风力涡轮机。主轴107或副轴109驱动发电机111，该发电机111特别地可以是同步永磁发电机，该发电机以三相或在绕组113、115和117中将功率流提供给转换器119，该转换器119包括AC-DC部分121、DC链路123和DC-AC部分125，用于将可变AC功率流变换成固定频率AC功率流，该固定频率AC功率流以三相或在绕组127、129、131中提供给风力涡轮机变压器133，该变压器133将输出电压变换成更高的电压，以便传输到公用电网101。

转换器119通过转换器命令135（Vdref、Vqref）来控制，该转换器命令135是由根据本发明的一个实施例的控制布置结构150得到和提供的，该控制布置结构150接收至少一个输入信号137，例如至少包括振动信号，并且可选地包括定子绕组电流和/或一个或多个参考值和/或指示发电机111或风力涡轮机100的任何部件的操作的一个或多个量。

图1中的发电机包括单个三相定子绕组或多个三相定子绕组。由此，绕组113承载定子电流I_a，绕组115承载定子电流I_b，并且绕组117承载定子电流I_c。控制布置结构150控制转换器119。

图2示意性地图示了根据本发明的一个实施例的用于控制发电机以减小谐波转矩脉动的布置结构250，所述发电机例如如图1中所示的发电机111。

图2中所示的布置结构250包括输入端口241，用于接收指示发电机的测量的机械振动的振动信号243，所述发电机例如图1中所示的发电机111。

此外，布置结构250还包括处理器245，其适于确定发电机的操作点的值247，例如由两个值（T_n、ω_m）表示，即发电机的多个预定基本转矩中的一个以及发电机的多个预定旋转速度中的一个。

处理器245还适于基于振动信号243以及可选地还基于操作点的值247，来得到参考谐波电流（例如，对于6次谐波的参考电流，为I_q6f）的幅度251（例如，对于基本频率或基频f的6次谐波，为A_q6f）和相位253（例如，对于基频的6次谐波，为Θ_q6f），其中，谐波电流也通过附图标记255来表示。

此外，布置结构250还包括驱动器257（例如，在图1中配置为转换器119），其适于基于参考谐波电流（Iqref）来将电流注入到发电机中，Idref特别地被设置为零。

为了执行这些功能，布置结构250包括自动调谐控制器259，该自动调谐控制器259接收振动信号243以及负载点的值247，并且还接收使能信号249，该使能信号249由负载点检测模块261得到，该负载点检测模块261基于发电机的转矩T_g和发电机的电频率ω_e得到负载点的值247。

参考谐波电流在图2中也被标记为Iqref，即谐波电流参考或谐波电流参考的q分量。

布置结构250还包括谐波电流调节器263，其接收参考谐波电流（例如，该参考谐波电流的表示）（Iqref）以及通常为零的参考谐波电流的d分量Idref。此外，谐波电流调节器263还接收例如发电机111之类的发电机的至少一组定子绕组的谐波电流Id、Iq（例如，通过变换到dq系统中由Ia、Ib、Ic得到）。定子电流的d分量和q分量例如通过执行派克变换（parktransformation）基于三相电流Ia、Ib、Ic得到。

谐波电流调节器263包括从输入值得到参考谐波电压Vdac、Vqac的电路，该参考谐波电压Vdac、Vqac即d/q坐标系中的分量，该分量被提供给加法元件265。使用加法元件265，参考基波电压Vddc、Vqdc与参考谐波电压Vdac、Vqac之和被计算，并被输出作为参考电压Vdref、Vqref，该参考电压Vdref、Vqref被提供给驱动器257，该驱动器257例如可以被配置为转换器。

图2示出了用于直驱式永磁同步发电机中的转矩脉动控制器244。d轴和q轴上的谐波电流参考被提供到谐波电流调节器中，用于最小化发电机中的转矩脉动。在谐波电流参考计算模块中，d轴上的谐波电流参考例如被设置为0；q轴上的谐波电流参考被给出作为谐波正弦信号，该信号的幅度和相位角二者均通过自动调谐控制器获得。

在图2中，负载点检测模块261将使能/禁止信号和负载点信息（Tn、ωm）提供给自动调谐控制器。负载点检测的方案可被表示为：

。

布置结构250包括谐波电流参考计算模块或处理器242，其包含自动调谐控制器259和限制元件252。

布置结构250还包括基波电流调节器267，其接收定子绕组电流Id、Iq以及基波电流参考Iddcref、Iqdcref，基于该基波电流参考Iddcref、Iqdcref来计算基波电压参考Vddc、Vqdc。

图2中所示的振动信号243基于加速度测量的第一值240和加速度测量的第二值244的组合（通过组合模块246得到）得到。由此，第一值240通过第一加速计271测量，并且加速度的第二值244通过第二加速计273测量，该第一加速计271和第二加速计273二者均安装在发电机上，如图3中示意性地图示的。

由此，图3示意性地图示了发电机311，其可以被用作如图1中所示的风力涡轮机100中的发电机111。为了便于说明，仅图示了定子275，未图示的转子将围绕旋转轴线277旋转，该旋转轴线277也限定了轴向方向。径向方向279（y）垂直于轴向方向（x），并且周向方向（z）也垂直于径向方向（y）和轴向方向（x）。定子275包括未图示的定子轭，该定子轭包括沿周向方向z隔开的齿和槽。在齿周围，布置有复数个未图示的导体绕组。

在轴向端面处，发电机275分别覆盖有第一定子板281和第二定子板283，该第一定子板281和第二定子板283表示发电机壳体的端板。第一加速计271固定并安装在第一定子板281处的径向位置r1和周向方向φ1处，而第二加速计273安装在第二定子板283处的径向位置r2和周向位置φ2处，其中，r1 = r2且φ1 = φ2。然而，两个加速计271、273被安装在沿轴向方向x或277测量的两个不同的轴向位置a1和a2处。

根据本发明的该实施例，通过使用发电机定子板281和283上的振动传感器（例如，加速计），来表示某些特定谐波（例如，6f、12f）的声学噪声信号。需要至少两个加速计271、273，并且它们分别被安装在两个定子板上。加速计需要以镜像对称的方式安装在每个定子板281、283上，其中，镜面285垂直于轴向方向x或277，并且被布置在定子板281和283之间的中心（例如，在(a2-a1)/2处）。

在如下情况下采用至少两个加速计是特别有用的，即：直驱式永磁发电机采用转子偏斜（rotor-skewing）设计，如图4中示例性地图示的。由此，图4图示了发电机411，其可以包含在如图1中所示的风力涡轮机100中，其中，除了定子475之外，还示意性地图示了转子487。转子487包括永磁体的复数个环489a、...、489g，它们在周向方向上相对于彼此偏斜。例如，当环489a（编号1）处于周向方向n = 0时，环489b、...、489g（编号2、3、4、5、6和7）相对于第一环以相等的圆周角偏移偏斜，使得环489g（编号7）以角度Δφ偏移。这种转子偏斜的设计可以减小齿槽转矩。

根据图4中所示的设计，谐波电流的注入对于不同的永磁体可具有不同的效果，所述不同的永磁体即相对于彼此偏斜的不同的环489a、...、489g。例如，当6f谐波定子磁场减小来自环489a（编号1）的转矩脉动时，它可同时增加由环489g（编号7）引起的转矩脉动。因此，定子板481、483上的转矩脉动和振动将是不同的。通过使用相应地安装在第一定子板481和第二定子板483处的两个对称布置的加速计471和473，并且将切线方向（周向方向z）的加速度信号加在一起，可以描述发电机的整体转矩脉动。此外，该整体转矩脉动信号可以与IEC位置（国际标准IEC61400-11）的噪声信号匹配。

本发明的实施例可以为风力发电机的转矩脉动和噪声控制提供准确和可靠的反馈解决方案。可以不需要为转矩脉动控制器单独调整的涡轮机。

与麦克风声音检测信号相比，加速计可以提供更快和更稳定的信号响应。加速计信号可以对涡轮机控制器更友好。

处于对称位置的两个加速计可以描述可能引起噪声的整体转矩方向振动。由于转子偏斜设计引起的不同的转矩脉动可以被适当地解决。

通过使用本发明的实施例，可以实时监测IEC位置的声学噪声。

图5至图8图示了坐标系中的示图，其中，横坐标1表示时间，而纵坐标3表示6f谐波振动和噪声的幅度（图5中）。由此，第一栏5涉及不执行6f电流注入的情况；栏7（A和Θ）涉及注入6f电流的最佳幅度和最佳相位的情况；栏9（A+20）涉及注入6f电流的情况，该6f电流具有增加20的最佳幅度；栏11（A-20）涉及如下情况，即：其中，注入谐波电流，该谐波电流具有减小20的最佳幅度；栏13（A和Θ）涉及注入最佳幅度和最佳相位的情况；栏15（Θ+20）涉及如下情况，即：其中，注入最佳幅度，但相位相对于最佳相位偏移+20；以及栏17（Θ-20）涉及如下情况，即：其中，注入具有最佳幅度但具有相对于最佳相位减小20的相位的电流。

图5中的迹线19指示针对谐波电流注入的不同情况的麦克风导出信号。如从图5可以理解的，当注入最佳相位的最佳幅度（参见栏7（A和Θ））时，产生的振动最小，而当非最佳值被用于注入谐波电流时振动增加。

图6图示了通过第一加速计271测量的加速度的第一值21，并且图7图示了通过第二加速计273（参见图3）测量的加速度的第二值23。如在图6中可以看到的，尽管未执行最佳电流注入，但限定栏9和栏17中的谐波电流注入的非最佳值（通过箭头24指示）也导致相对低的振动信号。

此外，图7也示出了当注入非最佳谐波电流时的相对低的振动信号，如箭头25所示。

图8现在图示了当第一值21和第二值23被组合以产生组合值27时所检测到的振动，该组合值27可以是第一信号21和第二信号23的和或平均。如从图8可以理解的，仅对于栏7和栏13，即最佳谐波电流注入，得到的振动信号27是最小的，而对于非最佳谐波电流注入，振动信号要大许多。由此，当基于组合信号27来计算谐波电流时，可以实现特定谐波或多个特定谐波的有效阻尼。

图9至图12图示了另一示例，即：可以如何将所测量的加速度的第一值21和第二值23组合，以产生振动信号的组合值27（例如，第一信号21和第二信号23的和或平均），以便有效地表示振动。由此，栏A-X表示具有相对于最佳幅度减小X的幅度的电流的注入；栏A+X表示当注入如下谐波电流时的振动，该谐波电流具有比最佳幅度大X的幅度。类似的是具有非最佳相位Θ的注入的名称。

图9示出了使用麦克风获得的迹线19，图10示出了通过第一加速计（例如，相应地为图3和图4中的271或471）获得的加速度的第一值的迹线21，并且图11示出了通过第二加速计（例如，相应地为图3和图4中的273或473）获得的加速度的第二值的迹线23。

如从图12可以看到的，通过加速度的第一值21和加速度的第二值23的组合得到的振动信号27在表示最佳谐波电流的注入的那些栏处具有最小值（通过箭头26指示）。

应当注意的是，术语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且措词“一”、“一个”或“一种”并不排除多个。此外，联系不同实施例描述的元件也可以被组合。还应当注意的是，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims

1.控制发电机（111）以减小谐波转矩脉动的方法，所述方法包括：

使用安装在所述发电机（111）的第一位置（a1）处的第一加速计（271、471）来测量加速度的第一值（240、21）；

使用安装在所述发电机（111）的第二位置（a2）处的第二加速计（273、473）来测量加速度的第二值（244、23）；

基于加速度的所述第一值（240、21）和所述第二值（244、23）的组合来得到振动信号（243、27）；

基于所述振动信号（243）得到参考谐波电流（Iqref）的幅度（251）和相位（253）；

基于所述参考谐波电流（Iqref）将电流注入到所述发电机（111）中。

2.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述振动信号（243、27）是基于加速度的所述第一值（240、21）和所述第二值（244、23）的和。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，加速度的所述第一值（240、21）和加速度的所述第二值（244、23）与发电机（111、311、411）的周向方向（z）上的加速度相关。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一位置和所述第二位置具有基本上相同的径向位置（r1、r2）和基本上相同的周向位置（θ1、θ2），但是具有不同的轴向位置（a1、a2），特别是镜像对称地布置。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一加速计（271）被安装在第一定子板（281）处，并且所述第二加速计（273）被安装在第二定子板（283）处，所述定子板朝向环境限定所述定子，并且特别地是基本上环形的平板。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述发电机（411）包括转子（487），所述转子（487）具有安装在所述转子（487）上的永磁体（488），所述永磁体（488）布置成处于不同的轴向位置的至少两个、特别是介于5个和20个之间的环（489a、...、489g），所述环（489a、...、489g）在所述周向方向（z）上相对于彼此偏斜。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

确定所述发电机（111）的操作点的值（247）；

基于所述振动信号（243）和所述操作点的值（247），得到所述参考谐波电流（Iqref）的所述幅度（251）和所述相位（253）。

8.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，特别是基于测量的所述发电机的基本转矩（Tg）并且特别是基于测量的所述发电机的旋转速度（ωe）或基于其他测量值，来确定所述操作点的值（247）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，得到所述参考谐波电流的所述幅度和所述相位包括：

过滤振动信号（343），从而减少除特定谐波之外的所述振动信号的分量，以获得过滤的振动信号（371）；

特别是时间平均所述过滤的振动信号的RMS值（C(n)）；

从存储器中查找与所述操作点的值相关联的初始幅度和初始相位；

基于所述初始幅度和所述初始相位来执行所述幅度和所述相位的优化，使得所述振动信号减小，特别是最小化；以及

与所述操作点的值相关联，将优化的幅度和优化的相位存储在存储器中。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述电流注入到所述发电机中包括：

基于所述参考谐波电流（Iqref、Idref）和至少一个定子绕组中的实际电流（Id、Iq）来确定参考谐波电压（Vdac、Vqac），每个所述参考谐波电流和所述实际电流特别地由dq坐标系中的分量来表示，

形成所述参考谐波电压和参考基波电压的和（Vdref、Vqref）；以及

将所述和作为参考电压提供给转换器（119）的控制输入，所述转换器（119）具有连接到所述发电机（111）的功率输出端子的功率输入端子。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

基于所述发电机的至少一个定子绕组中的所述实际电流（Id、Iq）和参考基波电流（Iddcref、Iqdcref）来确定所述参考基波电压（Vddc、Vqdc）。

12.用于控制发电机（111）以减小谐波转矩脉动的布置结构（150、250），所述布置结构包括：

第一加速计（271），其可安装在发电机（311）的第一位置（a1）处，并且适于测量加速度的第一值（21、240）；

第二加速计（273），其可安装在所述发电机（311）的第二位置（a2）处，并且适于测量加速度的第二值（23、244）；

处理器（242），其适于：

基于加速度的所述第一值（240）和所述第二值（244）的组合来得到振动信号（243），以及

基于所述振动信号（243）得到参考谐波电流（Iqref）的幅度（251）和相位（253）；以及

驱动器（257），其适于基于所述参考谐波电流（Iqref）将电流注入到所述发电机（111）中。

13.风力涡轮机（100），包括：

轴（107），其具有连接到其的转子叶片（105）；

与所述轴机械耦接的发电机（111）；以及

根据前述权利要求中任一项所述的布置结构（150、250），驱动器特别地被配置为基于参考谐波电流来控制的转换器。