CN112368934A - 用于控制风能设备的发电机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助于场定向的调节装置控制有源整流器的方法，所述有源整流器与风能设备的发电机的定子电连接。发电机具有围绕定子可旋转地支承的转子，并且包括如下步骤：确定转子关于定子的机械位置；为至少一个三相定子电流预设转子固定的d坐标和q坐标的直流分量；至少根据转子的机械位置确定用于q坐标的交流分量；将q坐标的确定的交流分量调制到q坐标的预设的直流分量上，使得产生具有直流分量和交流分量的调制的q坐标；以及至少根据调制的q坐标并且优选地根据d坐标控制有源整流器。

Description

用于控制风能设备的发电机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制风能设备的发电机的方法以及一种风能设备的控制单元。此外，本发明涉及一种风能设备，所述风能设备具有这种控制单元和/或执行这种方法。
背景技术
风能设备通常具有发电机，所述发电机包括定子和转子，其中定子具有旋转轴线，转子围绕所述旋转轴线支承。此外，在定子与转子之间存在气隙。
在运行这种风能设备期间，可能引起发电机具有引起提升的噪声排放的运行振动。
对此的原因例如可以是槽齿槽力矩(Nutrastmomente)或极齿槽力矩(Polrastmomente)。
这种齿槽力矩通常通过发电机设计中的几何变化、例如通过所谓的倾斜或槽倾斜来抵消。
这种方法的缺点是,期望的效果通常仅在风能设备的几个工作点中出现。
德国专利商标局已经在对于本申请的优先权申请中检索了以下现有技术：EP 2485 388 A1、EP 2 670 027 A1、DE 10 2015 205 348 A1、US 2011/0 018 281 A1、US2011/0 298 405 A1和DE 10 2014 204 802 A1。
发明内容
因此，本发明的目的是，解决上述问题中的一个问题。尤其应提出减少风能设备的发电机中的噪声排放的可行性。替选地，应提供相对于至今已知方案的替选方案。
因此，根据本发明提出一种用于借助于场定向的调节装置控制有源整流器的方法，所述有源整流器与风能设备的发电机的定子电连接，其中发电机具有带有旋转轴线的定子，转子围绕所述旋转轴线支承。在此，发电机优选地实施为内转子。
因此，尤其提出，借助于具有场定向的调节装置的有源整流器减少风能设备的发电机的噪声排放。
为此，为了控制有源整流器，使用场定向的调节装置。这允许在转子固定的d坐标和q坐标中预设定子电流。在此，例如可以借助于d/q变换提供d坐标和q坐标自身。
因此尤其提出，将定子电流Id和Iq尽可能预设为相同大小。
此外，确定转子关于定子的机械位置。
这例如可以借助于位置检测来实现，所述位置检测设立用于，确定转子的机械位置并且将其输出为呈电角度形式的电参量。
现在，根据转子的所述机械位置确定用于q坐标的交流分量。在此，交流分量自身是交变参量、即例如正弦函数。
随后，将q坐标的确定的交流分量调制到q坐标的预设的直流分量上，使得产生具有直流分量和交流分量的调制的q坐标。这例如可以经由对应的控制装置中的加法位实现。
随后，至少根据调制的q坐标控制有源整流器。
因此，q坐标设置用于，设定发电机的平均扭矩，尤其设定成使得减少发电机的噪声排放。
在此特别有利的是，可以动态地改变根据本发明的方法，从而可以针对性地讨论在持续运行中的风能设备的不同的工作点。这例如借助于简单的槽倾斜不可行，因为倾斜在出厂时预设并且在持续运行中不再能够改变。
优选地，确定用于q坐标的交流分量附加地根据发电机的工作特性曲线实现，其中优选地从工作特性曲线中确定对于交流分量的幅值和偏置。
因此尤其提出，根据风能设备的工作点、例如根据存储的工作特性曲线或功率特性曲线来设定q坐标。这尤其实现成，使得减小发电机的扭矩波动从而减少发电机的噪声排放。
所述方法优选地还包括如下步骤：根据转子的机械位置和发电机的极对数来确定电角度，其中控制有源整流器附加地根据电角度实现。
因此尤其提出，不仅根据转子的位置而且根据发电机的极对数来控制有源整流器，以便减小发电机的扭矩波动从而减少发电机的噪声排放。
优选地提出，发电机尤其定子包括第一三相绕组系统和尤其相对于所述第一三相绕组系统偏移30°的第二三相绕组系统，并且根据第一电角度控制第一三相绕组系统，并且根据第二电角度控制第二三相绕组系统，其中第二电角度与第一电角度不同、尤其相对于第一电角度相移30°。
因此还提出，实施具有两个三相定子系统的发电机，以便还进一步减小发电机的扭矩波动从而减少发电机的噪声排放。为此尤其提出，将两个电定子在相位上偏移30°地设置。
优选地，借助于n阶谐波电振动实现调制，以便使发电机的m阶谐波机械振动最小化，优选地其中n＝m/2和m＝12。
因此，在一个特别优选的实施方式中，通过以六阶谐波调制而使出现的具有十二倍电频率的运行振动最小化。
在此，构思的核心是，不与十二阶谐波的频率相同地调制部分电流Iq1和Iq2，而是以六阶谐波的频率调制两个子系统即两个定子的部分电流。
优选地，所述方法还包括如下步骤：将q坐标的交流分量相移预确定的相位角，其中相位角优选地为180°，和/或将电角度相移预确定的相位角，其中相位角优选地为30°。
优选地，有源整流器包括第一三相模块和第二三相模块，其中第一三相模块与第一电定子相关联，并且第二三相模块与第二电定子相关联。
因此，在一个优选的实施方式中使用多个三相整流器。在此使用两个相同类型的模块是有利的，由此，有源整流器在所有设备中得出更有利的结论。
替选地提出，将六相整流器用于两个定子。在此，相对于两个三相模块的简单的可控制性是有利的。
根据本发明还提出一种风能设备的控制单元，其中风能设备具有至少一个发电机，所述发电机包括具有旋转轴线的定子，转子或所述转子围绕所述旋转轴线支承，其中定子与有源整流器电连接，所述有源整流器可以经由操控单元操控。
在此，控制单元包括至少一个位置模块，所述位置模块用于确定转子关于定子的机械位置，并且设立用于输出从转子的机械位置中确定的电位置信号。为此，位置模块例如包括设立用于检测转子的旋转位置的光学传感器以及设立用于从检测到的旋转位置中确定电角度的计算单元。
此外，控制单元也包括变换模块，所述变换模块用于为至少一个三相定子电流预设转子固定的d坐标和q坐标的直流分量。在此，变换模块优选地至少设立用于，执行d/q变换并且将从变换中确定的d坐标和q坐标提供为直流分量、例如提供为Id和Iq。
此外，控制单元也包括衰减模块，所述衰减模块用于将至少一个交流分量调制到q坐标上。因此，衰减模块至少设立用于，根据电位置信号确定交流分量、优选地根据电角度确定交流分量，所述电角度给出关于转子关于定子的机械位置的结论。
此外，衰减模块与变换模块连接，使得可以产生具有直流分量和交流分量的调制的q坐标，尤其以便为有源整流器的操控单元提供如此调制的q坐标。
因此，尤其提出，为有源整流器的操控单元预设不仅包括直流分量而且包括交流分量的调制的q坐标，其中交流分量设置用于减小发电机的平均扭矩波动。
为了根据所述调制的q坐标控制有源整流器，操控单元至少设立用于，将调制的q坐标逆变换成三相坐标，尤其使得独立地操控三个相位中的每个相位。
为此，衰减模块优选地具有乘法装置，所述乘法装置作用于电位置信号，以便尤其提供改变的电位置信号。
因此也提出，将位置检测的电角度与倍数相乘，以便对应地解决对应的发电机特性和/或待减小的振动。在一个优选的实施方式中，倍数为六。
优选地，衰减模块具有偏置装置，所述偏置装置根据风能设备的工作特性曲线借助于加法作用于电位置信号、尤其作用于改变的电位置信号,以便提供偏移的电位置信号。
优选地，衰减模块包括三角函数，所述三角函数根据电位置信号、尤其根据偏移的电位置信号输出基本上正弦形的信号，以便提供变化的电位置信号。
优选地，衰减模块具有幅值调制装置，所述幅值调制装置根据风能设备的工作特性曲线作用于电位置信号、尤其作用于变化的电位置信号，以便提供交流分量。
优选地，控制单元还包括相移器，所述相移器设立用于，将电位置信号在相位上移动预确定的量、尤其30°，并且将其提供给操控单元。
优选地，控制单元还包括相移模块，所述相移模块设立用于，将调制的q坐标在相位上移动预确定的量、尤其180°，尤其以便为风能设备的定子的第一三相绕组系统的第一三相定子电流提供第一调制的q坐标，并且为风能设备的定子的第二三相绕组系统的第二三相定子电流提供第二调制的q坐标，其中第一绕组系统和第二绕组系统优选地相移30°。
因此，尤其提出，发电机具有彼此偏移30°的两个电定子。由此可以再次减小扭矩波动。此外，这同样简化了有源整流器的操控，因为所述有源整流器具有六相输入端或双重三相输入端。
因此，根据本发明提出一种用于借助于场定向的调节装置控制有源整流器的方法，所述有源整流器与风能设备的发电机的定子电连接，其中发电机具有带有旋转轴线的定子，转子围绕所述旋转轴线支承。在此，发电机优选地实施为内转子。
因此，尤其提出，借助于具有场定向的调节装置的有源整流器减少风能设备的发电机的噪声排放。
为此，为了控制有源整流器，使用场定向的调节装置。这允许在转子固定的d坐标和q坐标中预设定子电流。在此，例如可以借助于d/q变换提供d坐标和q坐标自身。
因此尤其提出，将定子电流Id和Iq尽可能预设为相同大小。
此外，确定转子关于定子的机械位置。
这例如可以借助于位置检测来实现，所述位置检测设立用于，确定转子的机械位置并且将其输出为呈电角度形式的电参量。
现在，根据转子的所述机械位置确定用于d坐标的交流分量。在此，交流分量自身是交变参量、即例如正弦函数。
随后，将d坐标的确定的交流分量调制或累加到d坐标的预设的直流分量上，使得产生具有直流分量和交流分量的改变的或调制的d坐标。这例如可以经由对应的控制装置中的加法位实现。
随后，至少根据改变的或调制的d坐标控制有源整流器。
因此，d坐标设置用于，设定发电机的励磁、尤其励磁设定成使得减少发电机的噪声排放。
在此特别有利的是，可以动态地改变根据本发明的方法，从而可以针对性地讨论在持续运行中的风能设备的不同的工作点。这例如借助于简单的槽倾斜不可行，因为倾斜在出厂时预设并且在持续运行中不再那个改变。
优选地，确定用于d坐标的交流分量附加地根据发电机的工作特性曲线实现，其中优选地从工作特性曲线中确定对于交流分量的幅值和偏置。
因此尤其提出，根据风能设备的工作点、例如根据存储的工作特性曲线或功率特性曲线来设定d坐标。这尤其实现成,使得借助于励磁减少发电机的噪声排放。
优选地，所述方法还包括如下步骤：根据转子的机械位置和发电机的极对数来确定电角度，其中控制有源整流器附加地根据电角度实现。
因此尤其提出，不仅根据转子的位置而且根据发电机的极对数来控制有源整流器，尤其以便减少发电机的噪声排放。
优选地提出，发电机尤其定子包括第一三相绕组系统和尤其相对于所述第一三相绕组系统偏移30°的第二三相绕组系统，并且根据第一电角度控制第一三相绕组系统，并且根据第二电角度控制第二三相绕组系统，其中第二电角度与第一电角度不同、尤其相对于第一电角度相移30°。
因此还提出，实施具有两个三相定子系统的发电机，以便还进一步减少发电机的噪声排放。为此尤其提出，将两个电定子在相位上偏移30°地设置。
优选地，借助于n阶谐波电振动实现调制和/或累加，以便使发电机的m阶谐波机械振动最小化，优选地其中n＝m/2和m＝12。
因此，在一个特别优选的实施方式中，通过以六阶谐波调制或累加而使出现的具有十二倍电频率的运行振动最小化。
在此，构思的核心是，不与十二阶谐波的频率相同地改变或调制部分电流Iq1和Iq2，而是以六阶谐波的频率改变或调制两个子系统即两个定子的部分电流。
优选地，所述方法还包括如下步骤：将q坐标的交流分量相移预确定的相位角，其中相位角优选地为180°，和/或将电角度相移预确定的相位角，其中相位角优选地为30°。
优选地，控制有源整流器借助于abc坐标实现，所述abc坐标从改变的或调制的d坐标并且优选地从q坐标中进行逆变换，所述abc坐标包括至少一个a坐标，所述至少一个a坐标引起产生附加的旋转的旋转场，尤其在径向方向上在发电机的气隙中产生附加的旋转的旋转场，所述附加的旋转的旋转场优选地具有电频率的5阶谐波和/或7阶谐波。
因此，特别优选地提出，以6阶谐波的频率改变或调制两个子系统的电流。因此，如上文或下文所述，发电机优选地设有两个电定子。
在此，两个子系统的调制的幅值优选地相同。
结果是，在径向方向上在发电机的气隙中产生附加的旋转的旋转场，所述旋转场具有5阶谐波和7阶谐波的电频率。
这最终示出对现存的磁径向力的12阶谐波的作用。
优选地，有源整流器包括第一三相模块和第二三相模块，其中第一三相模块与第一电定子相关联，并且第二三相模块与第二电定子相关联。
因此，在一个优选的实施方式中使用多个三相整流器。在此使用两个相同类型的模块是有利的，由此，有源整流器在所有设备中得出更有利的结论。
替选地提出，将六相整流器用于两个定子。在此，相对于两个三相模块的简单的可控制性是有利的。
此外，根据本发明的方法也还提出，共同使用上文或下文所述的两个方法、尤其用于d坐标的方法和用于q坐标的方法。
根据本发明还提出一种风能设备的控制单元，其中风能设备具有至少一个发电机，所述发电机包括具有旋转轴线的定子，转子或所述转子围绕所述旋转轴线支承，其中定子与有源整流器电连接，所述有源整流器可以经由操控单元操控。
在此，控制单元包括至少一个位置模块，所述位置模块用于确定转子关于定子的机械位置，并且设立用于输出从转子的机械位置中确定的电位置信号。为此，位置模块例如包括设立用于检测转子的旋转位置的光学传感器以及设立用于从检测到的旋转位置中确定电角度的计算单元。
此外，控制单元也包括变换模块，所述变换模块用于为至少一个三相定子电流预设转子固定的d坐标和q坐标的直流分量。在此，变换模块优选地至少设立用于，执行d/q变换并且将从变换中确定的d坐标和q坐标提供为直流分量、例如提供为Id和Iq。
此外，控制单元也包括衰减模块，所述衰减模块用于将至少一个交流分量调制和/或累加到d坐标和/或q坐标上。
因此，衰减模块至少设立用于，根据电位置信号确定交流分量、优选地根据电角度确定交流分量，所述电角度给出关于转子关于定子的机械位置的结论。
此外，衰减模块与变换模块连接，使得可以产生具有直流分量和交流分量的改变的或调制的d坐标和/或q坐标，尤其以便为有源整流器的操控单元提供如此改变的或调制的d坐标和/或q坐标。
因此，尤其提出，为有源整流器的操控单元预设不仅包括直流分量而且包括交流分量的改变的或调制的d坐标和/或q坐标，其中交流分量设置用于减少发电机的噪声排放。
为了根据所述改变的或调制的d坐标和/或q坐标控制有源整流器，操控单元至少设立用于，将改变的或调制的d坐标和/或q坐标逆变换成三相坐标，尤其使得独立地操控三个相位中的每个相位。
为此，衰减模块优选地具有乘法装置，所述乘法装置作用于电位置信号，以便尤其提供改变的电位置信号。
因此也提出，将位置检测的电角度与倍数相乘，以便对应地解决对应的发电机特性和/或待减小的振动。在一个优选的实施方式中，倍数为六。
优选地，衰减模块具有偏置装置，所述偏置装置根据风能设备的工作特性曲线借助于加法作用于电位置信号、尤其作用于改变的电位置信号,以便提供偏移的电位置信号。
优选地，衰减模块包括三角函数，所述三角函数根据电位置信号、尤其根据偏移的电位置信号输出基本上正弦形的信号，以便提供变化的电位置信号。
优选地，衰减模块具有幅值调制装置，所述幅值调制装置根据风能设备的工作特性曲线作用于电位置信号、尤其作用于变化的电位置信号，以便提供交流分量。
优选地，控制单元还包括相移器，所述相移器设立用于，将电位置信号在相位上移动预确定的量、尤其30°，并且将其提供给操控单元。
优选地，控制单元还包括相移模块，所述相移模块设立用于，将改变的或调制的d坐标和/或q坐标在相位上移动预确定的量、尤其180°，和/或与预确定的量相乘、尤其与-1相乘，尤其以便为风能设备的定子的第一三相绕组系统的第一三相定子电流提供第一改变的或调制的d坐标和/或q坐标，并且为风能设备的定子的第二三相绕组系统的第二三相定子电流提供第二改变的或调制的d坐标和/或q坐标，其中第一绕组系统和第二绕组系统优选地相移30°。
因此，尤其提出，发电机具有彼此偏移30°的两个电定子。借此例如可以再次减少噪声排放。此外，这同样简化了有源整流器的操控，因为所述有源整流器具有六相输入端或双重三相输入端。
因此，尤其提出可以共同安置在风能设备的控制装置中的两个控制单元，即一个用于调制d分量的控制单元和一个用于调制q分量的控制单元。
根据本发明还提出一种风能设备，包括设立用于执行上文或下文所述的方法的控制单元，或者替选地包括上文或下文所述的控制单元。
在一个特别优选的实施方式中，所述风能设备包括：发电机，所述发电机包括具有旋转轴线的定子，转子或所述转子围绕所述旋转轴线支承，其中定子与有源整流器电连接，所述有源整流器可以经由操控单元操控；以及用于有源整流器的操控单元。
在此，风能设备的发电机优选地实施为内转子。
发电机尤其定子还包括相移30°的两个绕组系统，所述两个绕组系统分别与有源整流器的三相模块连接。
此外，操控单元设立用于，对于有源整流器的第一三相模块实施第一调制的q坐标和d坐标和第一电位置信号的第一逆变换，并且对于有源整流器的第二三相模块实施第二调制的q坐标和d坐标和第二电位置信号的第二逆变换。
在此，第二调制的q坐标相对于第一调制的q坐标相移180°，并且第二电位置信号相对于第一电位置信号相移30°。
因此，尤其提出具有偏移30°的两个三相电流系统的六相发电机,其中对每个系统实施单独的d/q变换。
为了控制，将参量Id1和Iq1用于第一系统，并且将Id2和Iq2用于移动30°的第二系统。
因此提出，对电流Iq1和Iq2的扭矩形成的分量进行调制，更确切地说尤其使得借此使出现的运行振动最小化，尤其使具有电频率的12倍的频率的运行振动最小化。
为此尤其提出，不与12阶谐波的频率相同地调制电流Iq1和Iq2，而是以6阶谐波的频率调制两个子系统的电流。
为此，同样在调制中提出相移，所述相移优选地为180°。
根据本发明的教导尤其引起在风能设备的另一工作范围内稳定扭矩，并且引起使槽齿槽力矩最小化。
根据本发明还提出一种风能设备，包括设立用于执行上文或下文所述的方法的控制单元，或者替选地包括上文或下文所述的控制单元。
在一个特别优选的实施方式中，所述风能设备包括：发电机，所述发电机包括具有旋转轴线的定子，转子或所述转子围绕所述旋转轴线支承，其中定子与有源整流器电连接，所述有源整流器可以经由操控单元操控；以及用于有源整流器的操控单元。
在此，风能设备的发电机优选地实施为内转子。
发电机尤其定子还包括相移30°的两个绕组系统，所述两个绕组系统分别与有源整流器的三相模块连接。
此外，操控单元设立用于，对于有源整流器的第一三相模块实施第一改变的或调制的d坐标和q坐标和第一电位置信号的第一逆变换，并且对于有源整流器的第二三相模块实施第二改变的或调制的d坐标和q坐标和第二电位置信号的第二逆变换。
在此，第二改变的或调制的d坐标相对于第一改变的或调制的d坐标相移180°，并且第二电位置信号相对于第一电位置信号相移30°。
因此，尤其提出具有偏移30°的两个三相电流系统的六相发电机,其中对每个系统实施单独的d/q变换。
为了控制，将参量Id1和Iq1用于第一系统，并且将Id2和Iq2用于移动30°的第二系统。
因此提出，对影响励磁的电流Id1和Id2进行改变或调制，更确切地说尤其使得借此使出现的运行振动最小化，尤其使具有电频率的12倍的频率的运行振动最小化。
为此尤其提出，不与12阶谐波的频率相同地改变或调制电流Id1和Id2，而是以6阶谐波的频率改变或调制两个子系统的电流。
为此，同样在调制中提出相移，所述相移优选地为180°。
根据本发明的教导尤其引起减少风能设备的发电机的噪声排放。
在另一实施方式中，风能设备设立用于执行上文或下文所述的两个方法、尤其同时执行上文或下文所述的两个方法。
附图说明
现在，在下文中示例性地根据实施例参照附图详细阐述本发明。
图1示出根据一个实施方式的根据本发明的风能设备的示意性视图。
图2示出根据一个实施方式的根据本发明的方法的示意性流程图。
图3示出根据一个实施方式的根据本发明的风能设备的控制单元的示意性构造。
图4示出根据一个实施方式的根据本发明的另一方法的示意性流程图。
图5示出根据一个实施方式的根据本发明的风能设备的另一控制单元的示意性构造。
图6示出根据一个实施方式的根据本发明的风能设备的替选的控制单元的示意性构造。
图7示出根据一个实施方式的根据本发明的风能设备的另一替选的控制单元的示意性构造。
具体实施方式
图1示出风能设备100的示意性视图。
为此，风能设备100具有塔102和吊舱104。在吊舱104处设置有空气动力学转子106，所述空气动力学转子具有三个转子叶片108和整流罩110。在运行中，转子106通过风置于旋转运动中，并且由此驱动吊舱104中的发电机。
为了运行风能设备，还设有上文或下文所述的控制单元和上文或下文所述的操控单元。
此外，发电机包括具有旋转轴线的定子和转子，所述转子优选地作为内转子环绕所述旋转轴线，其中定子与有源整流器电连接，所述有源整流器可以经由操控单元操控。
在此，定子具有相移30°的两个电绕组系统，所述两个电绕组系统分别与有源整流器的三相模块连接。因此，发电机六相地实施。
操控单元还设立用于，对于有源整流器的第一三相模块实施第一调制的q坐标和d坐标和第一电位置信号的第一逆变换，并且对于有源整流器的第二三相模块实施第二调制的q坐标和d坐标和第二电位置信号的第二逆变换，其中第二调制的q坐标相对于第一调制的q坐标相移180°，并且第二电位置信号相对于第一电位置信号相移30°。
图2示出根据一个实施方式的根据本发明的方法的示意性流程图200。
在第一步骤中，确定转子关于定子的机械位置。这优选地借助于机械角
Figure BDA0002847767840000121
实现。确定机械角例如可以通过位置检测来实现。这通过方框210示出。
随后，将机械角
Figure BDA0002847767840000122
换算成电角度
Figure BDA0002847767840000123
这同样可以通过位置检测并且根据机械位置和发电机的极对数来实现。这通过方框220示出。
此外，根据转子的机械位置、尤其根据电角度
Figure BDA0002847767840000124
来确定交流分量q～。这通过方框230示出。
此外,为两个三相定子电流预设用于转子固定的d坐标和q坐标的直流分量d-和q-、例如借助于d/q变换预设用于转子固定的d坐标和q坐标的直流分量。这通过方框240示出。
随后，将确定的交流分量q～调制到q坐标的预设的直流分量q-上，使得产生具有直流分量q-和交流分量q～的调制的q坐标q'。这通过方框250示出。
然后，根据调制的q坐标q'和d坐标d-控制有源整流器自身。这例如可以借助于将坐标d-和q'逆变换成三相坐标a、b、c来实现。这通过方框260示出。
在一个优选的实施方式中，附加地根据电角度
Figure BDA00028477678400001310
控制有源整流器。
图3示出根据一个实施方式的根据本发明的风能设备的控制单元的示意性构造300。图3尤其示出这种控制单元的结构。
风能设备包括发电机310。发电机包括机械定子312和机械转子314。在此，发电机310实施为内转子，即转子314设置在定子312内。
机械定子312具有两个三相绕组系统，所述两个三相绕组系统与有源整流器电连接，并且优选地相移30°。
因此，发电机310还六相地构成。
操控风能设备的有源整流器或电线经由操控单元320实现。
在此，控制单元320自身设立用于，对于有源整流器的第一三相模块实施第一调制的q坐标Iq1'和d坐标d-和第一电位置信号
Figure BDA0002847767840000131
的第一逆变换a1、b1、c1，并且对于有源整流器的第二三相模块实施第二调制的q坐标Iq2'和d坐标d-和第二电位置信号
Figure BDA0002847767840000132
的第二逆变换a2、b2、c2，其中第二调制的q坐标Iq2'相对于第一调制的q坐标Iq1'相移180°，并且第二电位置信号
Figure BDA0002847767840000133
相对于第一电位置信号
Figure BDA0002847767840000134
相移30°。
为了执行根据本发明的方法，还设有位置模块330，所述位置模块设立用于，从转子314关于定子312的机械位置
Figure BDA0002847767840000135
中输出电位置信号
Figure BDA0002847767840000136
此外，控制单元300包括变换模块340，所述变换模块设立用于，预设用于转子固定的d坐标的直流分量d-和q坐标的直流分量q-、尤其为发电机310的两个三相定子电流预设用于转子固定的d坐标和q坐标的直流分量。
此外，控制单元300包括衰减模块350，所述衰减模块用于将至少一个交流分量q～调制到q坐标q-上，其中根据电位置信号
Figure BDA0002847767840000137
确定交流分量q～，并且衰减模块350与变换模块340连接，使得产生具有直流分量q-和交流分量q～的调制的q坐标q'，所述调制的q坐标被提供给操控单元。
为此，衰减模块350自身包括乘法装置352，所述乘法装置作用于电位置信号
Figure BDA00028477678400001311
以便提供改变的电位置信号
Figure BDA0002847767840000138
为此，电位置信号
Figure BDA0002847767840000139
与因数六相乘，以便解决如下12阶谐波的发电机310的运行振动，即对应于发电机310的电频率的12倍的12阶谐波。
衰减模块350还包括偏置装置354，所述偏置装置根据风能设备的工作特性曲线AP借助于加法作用于电位置信号、作用于改变的电位置信号
Figure BDA0002847767840000141
以便提供偏移的电位置信号
Figure BDA0002847767840000142
此外，衰减模块350也具有三角函数sin，所述三角函数sin根据偏移的电位置信号
Figure BDA0002847767840000143
提供基本上正弦形的信号。所述信号也可以表示为变化的电位置信号
Figure BDA0002847767840000144
衰减模块350同样具有幅值调制装置356，所述幅值调制装置根据风能设备的工作特性曲线AP作用于变化的电位置信号
Figure BDA0002847767840000145
以便提供交流分量q～。
控制单元300还包括相移模块360和相移器370，以便为两个相移的电定子316、318提供交流分量q～。
为此，相移模块360设立用于，将调制的q坐标q～在相位上移动预确定的180°的量，以便为定子的第一三相绕组系统316的第一三相定子电流提供第一调制的q坐标q1'，并且为定子的第二三相绕组系统318的第二三相定子电流提供第二调制的q坐标q2'，其中第一绕组系统316和第二绕组系统318相移30°。
为此，相移器370设立用于，将电位置信号
Figure BDA0002847767840000146
在相位上移动预确定的量、尤其30°，并且将其提供给操控单元320。
然后，操控单元320自身将参量Iq1'、
Figure BDA0002847767840000147
Id-逆变换成三相坐标a1、b1、c1，并且将参量Iq2'、
Figure BDA0002847767840000148
和Id-逆变换成三相坐标a2、b2、c2。
因此，为了控制有源整流器，使用场定向的调节装置。
这允许在转子固定的d/q坐标中预设定子电流。
因此，电流Id-和Iq-基本上大小相等。
此外，提出具有偏移30°的2个三相电流系统的六相发电机310,其中每个系统具有单独的d/q变换。
然后，为了控制，参量Id1'、Iq1'可用于系统316，并且Id2'和Iq2'可用于偏移30°的另一系统。
因此提出，对电流的扭矩形成的分量进行调制，更确切地说，使得借此以频率12*f_el使出现的运行振动最小化。
在此，核心是，不与12阶谐波的频率相同地调制电流Iq1'和Iq2'，而是以6阶谐波的频率调制两个子系统的电流。在此，调制的相移为180°。
由此，可以实现扭矩的稳定和槽齿槽力矩的补偿。
图4示出根据一个实施方式的根据本发明的另一方法的示意性流程图400。
在第一步骤中，确定转子关于定子的机械位置。这优选地借助于机械角
Figure BDA0002847767840000155
实现。确定机械角例如可以通过位置检测来实现。这通过方框410示出。
随后，将机械角
Figure BDA0002847767840000156
换算成电角度
Figure BDA0002847767840000157
这同样可以通过位置检测并且根据机械位置和发电机的极对数来实现。这通过方框420示出。
此外，根据转子的机械位置、尤其根据电角度
Figure BDA0002847767840000158
来确定交流分量d～。这通过方框430示出。
此外,为两个三相定子电流预设用于转子固定的d坐标的直流分量d-和q坐标的直流分量q-、例如借助于d/q变换预设用于转子固定的d坐标和q坐标的直流分量。这通过方框440示出。
随后，将确定的交流分量d～调制或累加到d坐标的预设的直流分量d-上，使得产生具有直流分量d-和交流分量d～的改变的或调制的d坐标d'。这通过方框450示出。
然后，根据改变的或调制的d坐标d'和q坐标q-控制有源整流器自身。这例如可以借助于将坐标d-和q'逆变换成三相坐标a、b、c来实现。这通过方框460示出。
所述方法例如也可以根据下面的等式描述：
iq1＝iq11
Figure BDA0002847767840000151
iq2＝iq11
Figure BDA0002847767840000152
Figure BDA0002847767840000153
Figure BDA0002847767840000154
其中所述调制针对12阶谐波。
在一个优选的实施方式中，附加地根据电角度
Figure BDA0002847767840000161
控制有源整流器。
图5示出根据一个实施方式的根据本发明的风能设备的另一控制单元的示意性构造500。图5尤其示出这种控制单元的结构。
风能设备包括发电机510。发电机包括机械定子512和机械转子514。在此，发电机510实施为内转子，即转子514设置在定子512内。
机械定子512具有两个三相绕组系统，所述两个三相绕组系统与有源整流器电连接，并且优选地相移30°。
因此，发电机510还六相地构成。
操控风能设备的有源整流器或电线经由操控单元520实现。
在此，控制单元520自身设立用于，对于有源整流器的第一三相模块实施第一改变的或调制的d坐标Id1'和q坐标q-和第一电位置信号
Figure BDA0002847767840000162
的第一逆变换a1、b1、c1，并且对于有源整流器的第二三相模块实施第二改变的或调制的d坐标Id2'和q坐标q-和第二电位置信号
Figure BDA0002847767840000163
的第二逆变换a2、b2、c2，其中第二改变的或调制的d坐标Id2'相对于第一改变的或调制的d坐标Id1'相移180°，并且第二电位置信号
Figure BDA0002847767840000164
相对于第一电位置信号
Figure BDA0002847767840000165
相移30°。
为了执行根据本发明的方法，还设有位置模块530，所述位置模块设立用于，从转子514关于定子512的机械位置
Figure BDA0002847767840000166
中输出电位置信号
Figure BDA0002847767840000167
此外，控制单元300包括变换模块540，所述变换模块设立用于，预设用于转子固定的d坐标的直流分量d-和q坐标的直流分量q-、尤其为发电机510的两个三相定子电流预设用于转子固定的d坐标和q坐标的直流分量。
此外，控制单元500包括衰减模块550，所述衰减模块用于将至少一个交流分量d～调制和/或累加到d坐标d-上，其中根据电位置信号
Figure BDA0002847767840000168
确定交流分量d～，并且衰减模块550与变换模块540连接，使得产生具有直流分量d-和交流分量d～的改变的或调制的d坐标d'，所述调制的d坐标被提供给操控单元。
为此，衰减模块550自身包括乘法装置552，所述乘法装置作用于电位置信号
Figure BDA0002847767840000169
以便提供改变的电位置信号
Figure BDA00028477678400001610
为此，电位置信号
Figure BDA00028477678400001611
与因数六相乘，以便解决如下12阶谐波的发电机510的运行振动，即对应于发电机510的电频率的12倍的12阶谐波。
衰减模块550还包括偏置装置554，所述偏置装置根据风能设备的工作特性曲线AP借助于加法作用于电位置信号、作用于改变的电位置信号
Figure BDA0002847767840000171
以便提供偏移的电位置信号
Figure BDA0002847767840000172
此外，衰减模块550也具有三角函数sin，所述三角函数sin根据偏移的电位置信号
Figure BDA0002847767840000173
提供基本上正弦的信号。所述信号也可以表示为变化的电位置信号
Figure BDA0002847767840000174
衰减模块550同样具有幅值调制装置556，所述幅值调制装置根据风能设备的工作特性曲线AP作用于变化的电位置信号
Figure BDA0002847767840000175
以便提供交流分量d～。
控制单元500还包括相移模块560和相移器570，以便为两个相移的电定子516、518提供交流分量d～。
为此，相移模块560设立用于，将改变的或调制的d坐标d～在相位上移动预确定的180°的量，以便为定子的第一三相绕组系统516的第一三相定子电流提供第一改变的或调制的d坐标d1'，并且为定子的第二三相绕组系统518的第二三相定子电流提供第二改变的或调制的d坐标d2'，其中第一绕组系统516和第二绕组系统518相移30°。
为此，相移器570设立用于，将电位置信号
Figure BDA0002847767840000176
在相位上移动预确定的量、尤其30°，并且将其提供给操控单元520。
然后，操控单元320自身将参量Id1'、
Figure BDA0002847767840000177
Iq-逆变换成三相坐标a1、b1、c1，并且将参量Id2'、
Figure BDA0002847767840000178
和Iq-逆变换成三相坐标a2、b2、c2。
因此，为了控制有源整流器，使用场定向的调节装置。
这允许在转子固定的d/q坐标中预设定子电流。
因此，电流Id-和Iq-基本上大小相等。
此外，提出具有偏移30°的2个三相电流系统的六相发电机510,其中每个系统具有单独的d/q变换。
然后，为了控制，参量Iq-、Id1'可用于系统516，并且Iq-和Id2'可用于偏移30°的另一系统。
因此提出，对电流的扭矩形成的分量进行改变或调制，更确切地说，使得借此以频率12*f_el使出现的运行振动最小化。
在此，核心是，不与12阶谐波的频率相同地改变或调制电流Id1'和Id2'，而是以6阶谐波的频率改变或调制两个子系统的电流。在此，调制的相移为180°。
结果是，在径向方向上在发电机的气隙中产生附加的旋转的旋转场，所述旋转场具有5阶谐波和7阶谐波的电频率，所述产生最终示出对现存的磁径向力的12阶谐波的作用。
由此，可以使发电机的噪声排放明显地最小化。
图6示出根据一个实施方式的根据本发明的风能设备的替选的控制单元的示意性构造。
图6尤其示出相对于在图3中示出的控制单元替选的设计方案。
在此尤其地，同样通过上述方法提供d分量的参量、即Id1'和Id2'。
因此，控制单元500设立用于执行上述两个方法，并且尤其地，不仅提供调制的d分量，而且提供调制的q分量。
图7示出根据一个实施方式的根据本发明的风能设备的另一替选的控制单元的示意性构造。
图7尤其示出相对于在图5中示出的控制单元替选的设计方案。
在此尤其地，同样通过上述方法提供q分量的参量、即Iq1'和Iq2'。
因此，控制单元500设立用于执行上述两个方法，并且尤其地，不仅提供调制的d分量，而且提供调制的q分量。
因此，图6和图7尤其示出借助于控制单元共同使用上述方法，所述控制单元尤其设立用于执行图2和图4所示的方法。

Claims (18)

1.一种用于借助于场定向的调节装置控制有源整流器的方法，所述有源整流器与风能设备(100)的发电机(310，510)的定子(312，512)电连接，其中所述发电机(310，510)具有带有旋转轴线的定子(312，512)，转子(314，514)围绕所述旋转轴线支承：
-确定所述转子(314，514)关于所述定子(312，512)的机械位置，
-为至少一个三相定子电流预设转子固定的d坐标和q坐标的直流分量，
-至少根据所述转子(314，514)的机械位置确定用于所述q坐标和/或所述d坐标的交流分量，
-将所述q坐标和/或所述d坐标的确定的交流分量调制和/或累加到所述q坐标和/或所述d坐标的预设的直流分量上，使得产生具有直流分量和交流分量的调制的q坐标和/或改变的d坐标，
-至少根据所述调制的q坐标和/或所述改变的d坐标控制所述有源整流器，并且优选地根据所述d坐标和/或所述q坐标控制所述有源整流器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中
-确定用于所述q坐标和/或所述d坐标的交流分量附加地根据所述发电机(310，510)的工作特性曲线实现，其中优选地从所述工作特性曲线中确定对于所述交流分量的幅值和偏置。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括如下步骤：
-根据所述转子(310，510)的机械位置和所述发电机(310，510)的极对数确定电角度，其中
-控制所述有源整流器附加地根据所述电角度实现。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中
-所述发电机(310，510)包括第一三相绕组系统和尤其相对于所述第一三相绕组系统偏移30°的第二三相绕组系统，其中
-根据第一电角度控制所述第一三相绕组系统(316，516)，并且
-根据第二电角度控制所述第二三相绕组系统(318，518)，其中所述第二电角度与所述第一电角度不同、尤其相对于所述第一电角度相移30°。
5.根据权利要求4所述的方法，其中
-借助于n阶谐波电振动实现调制和/或累加，以便使所述发电机的m阶谐波机械振动最小化，其中n＝m/2、优选地其中m＝12。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，还包括如下步骤：
-将所述q坐标和/或所述d坐标的交流分量相移预确定的相位角，其中所述相位角优选地为180°，和/或
-将所述电角度相移预确定的相位角，其中所述相位角优选地为30°。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中
-所述有源整流器包括第一三相模块和第二三相模块，其中
-所述第一三相模块与第一电定子相关联，并且
-所述第二三相模块与第二电定子相关联。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中
-控制所述有源整流器借助于abc坐标实现，所述abc坐标从所述调制的q坐标和/或所述改变的d坐标中进行逆变换，所述abc坐标包括至少一个a坐标，所述至少一个a坐标引起产生附加的旋转的旋转场、尤其在径向方向上在所述发电机的气隙中产生附加的旋转的旋转场，所述旋转场优选地具有所述电频率的5阶谐波和/或7阶谐波。
9.一种风能设备(100)的控制单元(300，500)，其中所述风能设备(100)具有至少一个发电机(310，510)，所述发电机包括具有旋转轴线的定子(312，512)，转子(314，514)围绕所述旋转轴线支承，其中所述定子与有源整流器电连接，所述有源整流器能够经由操控单元(320，520)操控，所述控制单元至少包括：
-位置模块(330，530)，所述位置模块用于确定所述转子(314，514)关于所述定子(312，521)的机械位置
Figure FDA0002847767830000031
所述机械位置输出电位置信号
Figure FDA0002847767830000032
-变换模块(340，540)，所述变换模块用于为至少一个三相定子电流预设转子固定的d坐标和q坐标的直流分量(d-，q-)，以及
-衰减模块(350，550)，所述衰减模块用于将至少一个交流分量(q～)调制和/或累加到q坐标(q-)上，和/或将至少一个交流分量(d～)调制和/或累加到d坐标(d-)上，其中
-根据所述电位置信号
Figure FDA0002847767830000033
确定所述交流分量(q～)，和/或根据所述电位置信号
Figure FDA0002847767830000034
确定所述交流分量(d～)，以及
-所述衰减模块(350，550)与所述变换模块(340)连接，使得产生具有直流分量(q-)和交流分量(q～)的至少一个调制的q坐标(q1'，q2')，所述至少一个调制的q坐标被提供给所述操控单元(320)，和/或使得产生具有直流分量(d-)和交流分量(d～)的至少一个改变的d坐标(d1'，d2')，所述至少一个改变的d坐标被提供给所述操控单元(520)。
10.根据权利要求9所述的控制单元(300，500)，其中
-所述衰减模块(350，550)具有乘法装置(352，552)，所述乘法装置作用于所述电位置信号
Figure FDA0002847767830000035
以便尤其提供改变的电位置信号
Figure FDA0002847767830000036
11.根据权利要求9或10所述的控制单元(300，500)，其中
-所述衰减模块(350，550)具有偏置装置(354，554)，所述偏置装置根据所述风能设备的工作特性曲线(AP)借助于加法作用于所述电位置信号
Figure FDA0002847767830000038
尤其作用于所述改变的电位置信号
Figure FDA0002847767830000037
以便提供偏移的电位置信号
Figure FDA0002847767830000039
12.根据上述权利要求中任一项所述的控制单元(300，500)，其中
-所述衰减模块(350，550)包括三角函数(sin)，所述三角函数根据所述电位置信号、尤其根据所述偏移的电位置信号
Figure FDA0002847767830000041
输出基本上正弦形的信号，以便提供变化的电位置信号
Figure FDA0002847767830000042
13.根据上述权利要求中任一项所述的控制单元(300，500)，其中
-所述衰减模块(350，550)具有幅值调制装置(356，556)，所述幅值调制装置根据所述风能设备的工作特性曲线(AP)作用于所述电位置信号
Figure FDA0002847767830000044
尤其作用于所述变化的电位置信号
Figure FDA0002847767830000043
以便提供所述交流分量(q～，d～)。
14.根据上述权利要求中任一项所述的控制单元(300，500)，还包括：
-相移器(370，570)，所述相移器设立用于，将所述电位置信号
Figure FDA0002847767830000045
在相位上移动预确定的量、尤其30°，并且将在相位上移动预确定的量的电位置信号提供给所述操控单元(320，520)。
15.根据上述权利要求中任一项所述的控制单元(300，500)，还包括：
-相移模块(360)，所述相移模块设立用于，将所述调制的q坐标(q～)在相位上移动预确定的量、尤其180°，尤其以便为所述风能设备的第一三相绕组系统(316)的第一三相定子电流提供第一调制的q坐标(q1')，并且为所述风能设备的第二三相绕组系统(318)的第二三相定子电流提供第二调制的q坐标(q2')，其中所述第一三相绕组系统(316)和所述第二三相绕组系统(318)优选地相移30°，和/或
-相移模块(560)，所述相移模块设立用于，将所述改变的d坐标(d～)与预确定的量相乘、尤其与-1相乘，尤其以便为所述风能设备的第一三相绕组系统(516)的第一三相定子电流提供第一改变的d坐标(d1')，并且为所述风能设备的第二三相绕组系统(518)的第二三相定子电流提供第二改变的d坐标(d2')，其中所述第一三相绕组系统(516)和所述第二三相绕组系统(518)优选地相移30°。
16.一种风能设备的控制装置，包括根据权利要求9至15中任一项所述的控制单元。
17.一种风能设备(100)，包括：设立用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法的控制单元，或根据上述权利要求中任一项所述的控制单元(300，500)。
18.根据权利要求17所述的风能设备，包括：
-发电机(310，510)，所述发电机具有带有旋转轴线的定子(312，512)和围绕所述旋转轴线支承的转子，其中所述定子与有源整流器电连接，所述有源整流器能够经由操控单元操控，以及
-操控单元(320，520)，所述操控单元用于所述有源整流器，其中
-所述发电机具有相移30°的两个定子(316，318，516，518)，所述两个定子分别与所述有源整流器的三相模块连接，以及
-所述操控单元(320)设立用于，
-对于所述有源整流器的第一三相模块实施第一调制的q坐标(Iq1')和d坐标(Id-)和第一电位置信号
Figure FDA0002847767830000055
的第一逆变换(a1，b1，c1)，并且
-对于所述有源整流器的第二三相模块实施第二调制的q坐标(Iq2')和d坐标(Id-)和第二电位置信号
Figure FDA0002847767830000053
的第二逆变换(a2，b2，c2)，其中
-所述第二调制的q坐标(Iq2')相对于所述第一调制的q坐标(Iq1')相移180°，并且
-所述第二电位置信号
Figure FDA0002847767830000051
相对于所述第一电位置信号
Figure FDA0002847767830000052
相移30°，
和/或
-所述操控单元(520)设立用于，
-对于所述有源整流器的第一三相模块实施第一改变的d坐标(Id1')和q坐标(Iq-)和第一电位置信号
Figure FDA0002847767830000054
的第一逆变换(a1，b1，c1)，并且
-对于所述有源整流器的第二三相模块实施第二改变的d坐标(Id2')和d坐标(Iq-)和第二电位置信号
Figure FDA0002847767830000063
的第二逆变换(a2，b2，c2)，其中
-所述第二改变的d坐标(Id2')相对于所述第一改变的d坐标(Id1')相移180°，并且
-所述第二电位置信号
Figure FDA0002847767830000061
相对于所述第一电位置信号
Figure FDA0002847767830000062
相移30°。
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