风力涡轮机的噪声控制的制作方法
【专利摘要】本发明涉及风力涡轮机的噪声控制。描述了一种用于确定参考电流在d-q坐标系中的d分量（Idref，I*d）以便降低风力涡轮机（150）的噪声的装置（100，200，300，400），所述装置包括：噪声/振动确定模块（419），用于确定至少一个风力涡轮机部件的振荡的噪声/振动分量（421）；和处理块（402），用于基于由所述噪声/振动确定模块（419）输出的所述噪声/振动分量（421）来计算所述参考电流的d分量的第一类型（407）。
【专利说明】
风力满轮机的噪声控制
技术领域
[0001] 本发明设及用于确定至发电机侧控制器的参考电流的d分量的装置和方法，该发 电机侧控制器用于控制风力满轮机(例如，具有永磁体同步发电机）的发电机侧频率转换 器，本发明还设及风力满轮机。
【背景技术】
[0002] 文献US2014/0021894A1公开了多个谐波分量的转矩脉动降低，其中，响应于转矩 命令而产生脉动降低信号，其同时取消转矩信号中的第一和第二脉动谐波。
[0003] EP2043255A2公开了用于控制同步机器中的转矩脉动的系统和方法，其中，功率 和/或转矩控制信号被提供到功率转换器W调节由机器产生的基础功率和/或转矩。
[0004] EP2485388A1公开了用于控制机电换能器的操作的方法，其中，谐波控制信号被确 定为指示机电换能器的谐波操作行为，其中，谐波操作行为由电和/或机械振荡给定，该电 和/或机械振荡具有不同于基础频率的频率分量。此外，基于所确定的谐波控制信号的修改 的驱动信号被产生并供应到机电换能器的定子的电磁线圈。
[0005] 在采用了永磁体机器的高性能应用(也即使用高功率永磁体同步发电机的风力满 轮机，其中，电感和磁通的空间谐波可能导致高的转矩脉动）中，噪声和振动的降低是常见 问题。
[0006] 通常，在机器设计阶段就会着手解决运个问题。然而，由于制造的限制，可能无法 制造出来没有噪声/振动的机器。因此，控制策略和方案是必要的，W便符合噪声/振动要 求。
[0007] 在前述的现有技术文献中，转矩或Iq命令的操作可在转矩脉动控制中常用。然而， 那些技术可需要转矩或电流控制系统的高带宽，运在高功率应用中是难W实现的。替代地， 电压谐波可被注入常规系统中，直接进入用于生成PWM调制的命令电压，从而允许扩展的带 宽。
[000引已经观察到在常规系统中，风力满轮机的电或机械部件的振动和/或噪声没有充 分降低或没有降低到充分的程度。因此，需要一种装置W便适当地控制风力满轮机，使得噪 声/振荡在操作期间被有效地降低。此外，为了构造运样的控制装置，需要一种装置W便确 定特别是参考电流在d-q坐标系中的d分量，其可能最终会被用在控制装置中，特别是用于 控制风力满轮机的发电机侧频率转换器的发电机侧控制器中。
【发明内容】
[0009] 该需求可由根据独立权利要求的主题来满足。本发明的有利实施例由从属权利要 求描述。
[0010] 该需求可由根据独立权利要求的主题来满足。具体地，根据本发明的实施例，提出 了关于电流的d分量的反馈控制方法，允许驱动器W降低的噪声和振动来操作。由此，装置 和方法可特别地适用于通过控制电流的发电机d分量来降低永磁体同步发电机中的噪声和 振动。本发明的实施例可适用于或应用于风力满轮机应用，但是其也可适用于在采用永磁 体同步机器时具有严苛的噪声/振动要求的其他设备。
[0011] 在不同的上下文中，术语噪声/振动可代表或表示噪声和/或振动。
[0012] 根据本发明的实施例，提供了一种用于确定参考电流在d-q坐标系中的d分量W便 降低风力满轮机的噪声/振动的噪声控制装置，所述装置包括噪声/振动确定模块和处理 块，所述噪声/振动确定模块用于确定至少一个风力满轮机部件的振荡的噪声/振动分量， 所述处理块用于基于由所述噪声/振动确定模块输出的所述噪声/振动分量来计算所述参 考电流的d分量的第一类型。
[0013] 特别地，所述处理块可包括噪声/振动处理模块(例如，执行信号处理）、参考值确 定模块(例如，包括或使用LUT)和控制模块(例如，PI控制器）。所述噪声/振动处理模块用于 获得所确定的噪声/振动分量中的至少一个噪声/振动分量的实际特性，所述参考值确定模 块用于提供所述谐波分量的参考特性，所述控制模块用于基于所述噪声/振动分量的实际 特性和参考特性之间的差来计算所述参考电流的d分量的第一类型。
[0014] 所述装置可包括硬件和/或软件，特别是还包括(可编程的）处理器。d-q坐标系可 W是随着旋转的转子同步地(或者随着电旋转同步地)旋转的系统。可W在几何方面将dqo 变换想像为=个独立的正弦相位量被投射到W与正弦相位量相同的角速度旋转的两个轴 上。两个轴被称为直轴(或d轴)和交轴(或q轴），也就是说，q轴与d轴成90度角。参考电流还 可包括q分量，q分量可由常规方法确定。
[0015] 通过使用下面的变换矩阵将发电机=相电流(在静止abc参照系中）变换成同步旋 转的dqO参照系：
其中，0是转子通量位置。结果，d轴与转子通量空间矢量对准，并且Id允许通量弱化。Iq 可允许转矩控制。
[0016] 然后，参考电流的d分量和q分量可被供应到电流控制器，电流控制器可从其导出 参考电压，参考电压进而可被供应到调制器模块，调制器模块可产生脉宽调制信号，脉宽调 制信号可被供应到风力满轮机频率转换器的发电机侧转换器所包括的功率晶体管的口电 路。
[0017] 所述装置的几个模块（噪声/振动确定模块、噪声/振动处理模块、参考值确定模 块、控制模块)可包括硬件和/或软件，特别是还包括一个或多个处理器W及一个或多个电 子数据存储器。
[0018] 噪声/振动确定模块可多种方式确定至少一个风力满轮机部件(例如，机械部 件和/或电子/电气/磁部件，特别是发电机)的振荡（电振荡和/或机械振荡）的噪声/振动分 量。由此，可W测量、感测或计算电和/或机械信号。风力满轮机(或者至少一个风力满轮机 部件）的噪声可与不期望的噪声/振动分量或频率分量(例如，发电机电频率的某些谐波倍 数)相关联。
[0019] 噪声/振动处理模块可处理噪声/振动分量（例如，由模拟信号表示，例如正弦波 迹，或者由数字数据表示，例如噪声/振动分量的幅值和/或相位）。至少一个噪声/振动分量 的特性可例如包括该特定振动(或频率)分量的幅值和/或相位。噪声/振动处理模块还可获 得所确定的噪声/振动分量中的若干个噪声/振动分量的实际特性。该特性还可包括对应的 噪声/振动分量的峰值。噪声/振动处理模块可例如包括带通滤波器、傅立叶分析模块或者 前述功能的组合。
[0020] 参考值确定模块可用于针对特定的噪声/振动分量提供预期的参考特性，并且可 例如包括模拟和/或离线测试。
[0021] 控制模块(特别是PI控制器或谐振控制器，当参考信号是正弦信号而不是DC信号 时，谐振控制器是PI控制器的常用替代物)可最终计算参考电流的d分量的第一类型，使得 噪声/振动分量的实际特性和参考特性之间的差理想地消失。不同类型的控制器可被用于 控制模块，例如滑动模式控制器等。
[0022] 由此，根据本发明的实施例，提出了 Id(由风力满轮机的发电机输出的电流的d分 量)的反馈控制方法或反馈控制装置，其可允许W降低的噪声和振动水平进行操作。因此， 该装置或对应方法的应用可导致不期望的噪声/振动分量(特别是具有等于电频率的6倍或 12倍的频率的噪声/振动分量)的衰减。
[0023] 根据本发明的实施例，噪声/振动确定模块包括用于感测噪声和/或振动的传感器 (特别是麦克风和/或加速度传感器），用于测量至少一个风力满轮机部件的振荡的噪声/振 动分量。
[0024] 传感器可例如包括声传感器或者加速度传感器，特别是安装在风力满轮机的多个 位置处或者特别是安装在风力满轮机的机舱处。由此，可W提供振荡的噪声/振动分量的可 靠确定。
[0025] 根据本发明的实施例，噪声/振动确定模块包括估计模块，用于基于由风力满轮机 的发电机输出的电流、电压并且基于发电机的转子的旋转频率和角位置来估计至少一个风 力满轮机部件的振荡的噪声/振动分量。
[0026] 估计模块可包括算数/逻辑处理器。估计模块的输入可包括由发电机输出的电压 和/或电流的电学量。由此，可W省去一个或多个传感器。
[0027] 此外，所述装置可包括开关，其将传感器所测得的或者估计模块所估计的至少一 个风力满轮机部件的振荡的噪声/振动分量选择性地(替代地)供应到噪声/振动处理模块。 由此，可W提供高灵活性。例如，噪声/振动分量的估计在特定的操作范围中可W相对可靠， 但是在其他操作范围中可不具有足够准确度。对于那些后面提到的操作范围，可使用传感 器来测量噪声/振动分量，反之亦然。
[0028] 根据本发明的实施例，参考值确定模块适于使用发电机的旋转频率和转矩作为输 入基于模拟或离线测试来计算噪声/振动分量的参考特性。
[0029] -个或多个参考值可基本为零。然而，在其他情况中，理想地操作的风力满轮机可 产生不可避免的频率分量或者噪声/振动分量。因此，可需要模拟(特别包括风力满轮机的 物理/机械模型)来获得一个或多个噪声/振动分量的参考特性。
[0030] 此外，参考值确定模块可包括查找表化UT)，查找表可包括不同工作点（例如，转子 频率、转矩和/或发电机功率)的信息。由此，可W在不需要大量设备的情况下W简单且快速 的方式实现参考特性的计算。
[0031] 根据本发明的实施例，噪声/振动处理模块输出特别是与6倍或12倍电频率相关联 的噪声/振动分量的幅值和/或相位作为实际特性，并且参考值确定模块输出特别是与6倍 或12倍电频率相关联的噪声/振动分量的参考幅值和/或相位作为参考特性。
[0032] 通过使用幅值和/或相位作为特性，实现了非常紧凑的表示。
[0033] 根据本发明的实施例，噪声/振动处理模块输出特别是与6倍或12倍电频率相关联 的噪声/振动分量的波形信号作为实际特性，并且参考值确定模块输出特别是与6倍或12倍 电频率相关联的噪声/振动分量的参考波形信号作为参考特性。
[0034] 波形可模拟或数字的格式输出。波形可包括噪声/振动分量的幅值W及相位。 波形可W是正弦波形。
[0035] 根据本发明的实施例，所述装置还包括减法元件，用于计算噪声/振动分量的实际 特性和参考特性之间的差，被布置成将所述差供应到控制模块。由此，可W采用常规元件。
[0036] 根据本发明的实施例，所述装置还包括MTPA模块，其适于应用每安培最大转矩算 法W便计算参考电流在d-q坐标系中的d分量的第二类型，用于最小化发电机总电流。
[0037] 每安培最大转矩算法可W是本领域技术人员已知的常规算法。由此，获得了参考 电流的d分量的第二类型。
[0038] 由此，提供了更好的灵活性来选择参考电流的d分量的第一类型或者第二类型(或 者它们的组合或导出量）。
[0039] 根据本发明的实施例，所述装置还包括电压控制模块，其适于为了高速操作下的 通量弱化而计算参考电流在d-q坐标系中的d分量的第S类型，用于避免转换器过调制。
[0040] 电压控制模块可W是本领域技术人员已知的常规模块。其可适于弱化高速操作下 (即当转子的旋转速度取代了特定阔值时）的通量。由此，提供了更好的灵活性来选择参考 电流的d分量的第一类型、第二类型或第=类型或者获得参考电流的d分量的第一类型、第 二类型和/或第S类型的组合(例如平均值)W在进一步的下游控制设备中使用。
[0041] 根据本发明的实施例，所述装置还包括选择模块，用于选择参考电流的d分量的第 一类型、第二类型或第=类型作为参考电流的d分量，其中，特别地选择最小值。
[0042] 当选择最小值时，可避免过调制，使得可W特别地保持输出电压在可接受的极限 内。此外，选择可W被简化。
[0043] 根据本发明的实施例，提供了用于控制风力满轮机的发电机侧频率转换器的发电 机侧控制器，所述发电机侧控制器包括根据前述实施例中的一项所述的用于确定参考电流 的d分量的装置、用于确定参考电流的q分量的（常规)装置、用于确定所述发电机输出处的 期望电压的d分量和q分量的电流控制器、调制器，调制器基于所述期望电压的d分量和q分 量而产生用于所述发电机侧频率转换器的脉宽调制信号。
[0044] 频率转换器可包括发电机侧控制器和电网侧控制器。发电机侧控制器可W基本是 或者包括AC-DC转换器，而电网侧控制器可W基本包括或者是DC-AC转换器，用于将直流功 率信号或功率流转换成固定频率功率流。
[0045] 发电机侧频率转换器可包括若干个功率晶体管，例如IGBT。特别地，可W支持S个 相位。用于确定参考电流的d分量的装置也可称为Id参考值计算模块，并且用于确定参考电 流的q分量的装置也可称为Iq参考值计算模块。
[0046] 由此，Id参考值计算模块可接收（由发电机产生的）输入功率和/或转矩和/或调制 指数(脉宽调制的深度）w及还有发电机的输出处的电压。
[0047] Iq参考值计算模块可接收（由发电机产生的）功率的参考值和/或转矩的参考值、 发电机的输出处的电压、DC链处(发电机侧控制器部分和电网侧控制器部分之间）的电压、 发电机或转子的旋转频率(电或机械的）W及发电机的功率和/或转矩作为输入。
[0048] 除了来自Id参考值计算模块和Iq参考值计算模块的Id和Iq参考值，电流控制器还 接收(发电机的线圈的）发电机电流的=相分量、发电机的角位置W及发电机的旋转速度作 为其输入。
[0049] 此外，发电机侧控制器可包括变换模块，其从d-q坐标系变换为对应于S个电相位 的a-b-c坐标系。除了 S个相位的电压，调制器还可接收DC链处的电压作为输入。
[0050] 转换器可W与发电机连接。
[0051] 由此，可W关于减噪实现风力满轮机的有效控制。
[0052] 根据本发明的实施例，提供了风力满轮机，其包括发电机、发电机侧频率转换器 (此外特别地还有DC链和电网侧频率转换器）W及根据上述实施例中的一项所述的发电机 侧控制器，所述发电机侧控制器被联接成控制所述发电机侧频率转换器。
[0053] 应当理解的是，根据本发明的实施例，单独地或者W任何组合的方式公开、描述、 提供或应用到用于确定参考电流的d分量的装置的特征也可应用到用于确定参考电流的d 分量的方法，反之亦然。
[0054] 根据本发明的实施例，提供了用于确定参考电流在d-q坐标系中的d分量W便降低 风力满轮机的噪声的方法，所述方法包括:确定至少一个风力满轮机部件的振荡的噪声/振 动分量，获得所确定的噪声/振动分量中的至少一个噪声/振动分量的实际特性，提供所述 噪声/振动分量的参考特性，W及基于所述噪声/振动分量的实际特性和参考特性之间的差 来计算所述参考电流的d分量的第一类型。
[0055] 所述方法可部分地实施在硬件和/或软件中。
[0056] 应当注意的是，已经参照不同的主题描述了本发明的实施例。特别地，一些实施例 已经关于方法类型权利要求被描述，而其他实施例已经关于设备类型权利要求被描述。然 而，本领域技术人员将会从上面和下面的描述得知，除非另有所指，除了属于一种类型的主 题的特征的任何组合之外，本文件被认为还公开了设及不同主题的特征之间（尤其是方法 类型权利要求的特征和设备类型权利要求的特征之间）的任何组合。
[0057] 本发明的上述方面W及进一步的方面从后文将要描述的实施例的示例是明显的 并且关于实施例的示例被描述。后文将会关于实施例的示例更加详细地描述本发明，但是 本发明不限于运些实施例的示例。
【附图说明】
[00曰引图1示意性地示出了根据本发明的实施例的风力满轮机，其包括根据本发明的实 施例的用于确定参考电流的d分量的装置； 图2示意性地示出了控制方法的方框图，该控制方法包括根据本发明的实施例的用于 确定参考电流的d分量的方法； 图3示意性地示出了根据本发明的实施例的用于确定参考电流的d分量的方法的方框 图； 图4示意性地示出了根据本发明的实施例的用于确定参考电流的d分量的方法的方框 图；并且 图5示出了噪声测量结果，W便示出根据本发明的实施例的方法和装置的效果。
【具体实施方式】
[0059] 附图中的图示是示意性形式。注意，在不同的附图中，类似或相同的元件被提供有 相同的参考标记或被提供有仅仅在第一位与对应的参考标记不同的参考标记。
[0060] 应当理解的是，不同附图中的特征被标记为仅仅在第一位不同的参考标记，如果 运些特征共享了结构和/或功能上的类似性的话。因此，没有在特定实施例中明确说明的特 征的描述可从另一实施例或附图的对应特征的描述获得。
[0061] 图1示意性地示出了根据本发明的实施例的风力满轮机150,其包括根据本发明的 实施例的用于确定参考电流的d分量的装置100。
[0062] 风力满轮机150包括转子叶片151，转子叶片151经由穀153连接到主转子轴155,当 风冲击在转子叶片151上时，主转子轴155旋转。任选的齿轮箱157被联接到主轴155并且将 主轴155的旋转转换到在发电机161中旋转的次轴159。在其他实施例中，齿轮箱157可被省 略，从而风力满轮机150可被构造为直接驱动风力满轮机。
[0063] 发电机161包括未示出的围绕定子忍缠绕的线圈并且还包括相对于定子旋转的转 子，转子包括多个磁体(例如永磁体）。在具有附接到其上的永磁体的次轴159旋转时，发电 机161的线圈通过电磁感应而产生电流，该电流W =个相位163、165、167输出。在其他实施 例中，发电机161可输出多于或少于S个相位。由此，能量流被提供到AC-DC-AC转换器169。
[0064] 由此，转换器169包括发电机侧频率转换器171、被联接在发电机侧频率转换器171 的输出处的DC链(DC-Link)173W及被联接到DC链173的电网侧频率转换器175。发电机侧频 率转换器171将从发电机161接收的可变频率交流功率流产生或转换成DC链173处的基本直 流功率流，而电网侧频率转换器175将直流功率流转换成个相位177、179、181输出的固 定频率功率流。
[0065] 输出功率流被变压器183变换到中间电压，或者任选地被一个或多个额外的变压 器(特别是风力满轮机组变压器)转换，W便被供应到公共电网187。
[0066] 为了形成输出177、179、181处的功率流，风力满轮机转换器169被控制器189控制， 控制器18則尋脉宽调制信号191提供到发电机侧频率转换器171并且可W任选地也将脉宽调 制信号193提供到电网侧频率转换器175。
[0067] 由此，转换器控制器189包括根据本发明的实施例的用于确定参考电流在d-q坐标 系中的d分量的装置100。
[0068] 图2示意性地示出了根据本发明的实施例的转换器控制器289,控制被连接到发电 机261的转换器。发电机侧频率转换器271被脉宽调制信号291控制，脉宽调制信号291由发 电机侧控制器289输出。
[0069] 由此，发电机侧控制器289包括根据本发明的实施例的用于确定参考电流的d分量 的装置200。具体地，装置200接收功率P和/或转矩T作为输入并且还接收调制指数MI和/或 发电机161的输出262处的电压Ugen作为输入。根据本发明的实施例，根据用于确定参考电流 的d分量的方法，装置200确定参考电流的d分量Idref并且将其提供到电流控制器201。
[0070] 由此，电流控制器还接收由Iq参考计算块203输出的参考电流的q分量Iqref。由此， Iq参考计算块203接收功率和/或转矩的参考值Pref/Tref、发电机电压Ugen、DC链电压Udc、电旋 转频率《 eW及功率和/或转矩P/T作为输入。
[0071] 电流控制器201还接收发电机261的线圈的S相电流13、16、1。、发电机的旋转位置 06 W及发电机261或主轴155或次轴159的旋转频率(电的或机械的）《 e。电流控制器201输出 电压的d分量(Vd)和电压的q分量(Vq)并且将其提供到变换模块204,变换模块204将d-q坐标 系的电压变换为=相坐标系的电压。
[0072] 由此形成的S相电压￥3、￥6、￥。被提供到调制器单元205，调制器单元205还接收0〔 链电压山。并且基于所接收的电压产生脉宽调制信号291并且将运些脉宽调制信号291提供 到发电机侧频率转换器271。
[0073] 图帥的电流控制器201可执行d-q系中的发电机电流的闭环调节，用测得的3相电 流作为反馈源。电流控制器201的输出被调制器模块205使用，用于产生PWM(脉宽调制)信号 291 dPWM信号291被用于控制发电机侦騰换器271中的功率电子开关(例如IGBT)。
[0074] 用于确定参考电流的d分量的装置200可不同方式构造。
[0075] 图2所示的装置200的一个示例在图3中被示作用于确定参考电流的d分量的装置 300。由此，装置300包括用于确定参考电流的d分量的装置400,其也在图4中被示出并且将 在下面被详细描述。
[0076] 装置300包括装置400,装置400输出参考电流的d分量的第一类型307(I*d, NC)。装 置300还包括每安培最大转矩(MTPA)模块309,其计算并输出参考电流的d分量的第二类型 311 (MTPA)。装置300还包括电压控制模块311，其输出参考电流的d分量的第S类型313 (I*d, VC)。
[0077] 根据参考电流的d分量的第一类型307、第二类型311和第=类型313,处理或选择 模块315从参考电流的d分量的第一类型、第二类型和第S类型307、311、313确定最小值或 特定组合或导出量(例如平均值)并且输出参考电流的(1分量的最终参考值317(1^1)。
[0078] 图帥的参考电流的d分量Idref或者图3中的量IV317)是d-q旋转系中的发电机电 流参考值，其随着主轴或次轴155、159或随着电旋转而同步地旋转。
[0079] 可W存在多种方法能被用作用于确定参考电流的d分量的装置200。例如，为了产 生Id参考电流，可W使用最新水平的方案MTPA，如图3所示的模块309中所实施的。由此，可 W实施用于通量弱化的电流或发电机电压控制器。
[0080] 装置400(也称为噪声控制模块)产生Id电流命令307,其可降低风力满轮机150的 噪声和振动。存在根据另一目的而产生的其他Id命令，例如MTPA或电压控制器(通量弱化控 制器）。然后，确定性逻辑315(被表示为处理或选择模块315)被用于根据发电机电压和=种 不同源的输入决定或导出最终Id电流命令307。一个可能的确定性逻辑可W是寻找或选择 由模块400、309和312确定的d分量的不同类型307、311、313的最小值。在其他实施例中，可 在模块315中实施另一逻辑。
[0081] 图3所示的装置400可多种方式实施或构造。一个可能的方案在图4中示出。图 4示意性地示出了用于确定参考电流的d分量的装置400的方框图，可用在图3所示的装置 300 中。
[0082] 由此，装置400包括噪声/振动确定模块419,用于确定至少一个风力满轮机部件的 振荡的噪声/振动分量421。由此，振荡可包括机械的和/或电的振荡。
[0083] 装置400还包括处理块(402)，用于基于由噪声/振动确定模块(419)输出的噪声/ 振动分量(421)来计算参考电流的d分量的第一类型(407)。
[0084] 处理块(402)可多种方式构造。
[0085] 在一个实施例中，如图4所示，处理块(402)包括噪声/振动处理模块423,用于获得 所确定的噪声/振动分量421中的至少一个噪声/振动分量的实际特性425。该特性可例如包 括至少一个噪声/振动分量的幅值和/或相位，或者其可包括代表至少一个噪声/振动分量 的模拟的（或数字编码的）正弦信号。此外，噪声/振动处理模块423可W处理多个不同的噪 声/振动分量(频率不同）W获得多个噪声/振动分量的实际特性。
[0086] 装置400或处理块(402)还包括参考值确定模块427,用于提供至少一个噪声/振动 分量或者若干个至少一个噪声/振动分量的参考特性429。由参考值确定模块427和噪声/振 动处理模块423输出的特性429、425是相同类型的。
[0087] 装置400或处理块(402)还包括减法元件431，其确定噪声/振动分量的参考特性 429和噪声/振动分量的实际特性425之间的差433并且将差433提供到控制模块437,控制模 块437输出参考电流的d分量的第一类型407(1\ NC)，如图3也示出并且用参考标记307标示 的。
[0088] 噪声/振动确定模块419包括估计模块439,用于基于由发电机16U261输出的电流 Id、Iq、电压Vd、Vq并且基于发电机161、261的转子155或159的旋转频率《8和角位置目<1来估计 至少一个风力满轮机部件的振荡的噪声/振动分量。估计模块439输出估计的噪声/振动分 量440。由此，可在装置和方法中采用无传感器的方法。
[0089] 此外，噪声/振动确定模块419包括传感器模块441，用于感测噪声和/或振动W便 测量至少一个风力满轮机部件的振荡的噪声/振动分量并且输出测得的噪声/振动分量 442。
[0090] 装置400或处理块(402)还包括开关443,其被布置和连接成将传感器模块441所测 得的或者估计模块439所估计的至少一个风力满轮机部件的振荡的噪声/振动分量选择性 地供应到噪声/振动处理模块423。
[0091] 参考值确定模块427可例如包括查找表，其包括风力满轮机的不同工作点或者特 别是发电机161、261的信息。
[0092] 反馈的噪声/振动442、440可具有许多谐波。噪声/振动处理模块423可例如包括带 通滤波器，带通滤波器可衰减所有不感兴趣的频率。只有感兴趣的频率(期望被减幅的）的 谐波分量可通过带通滤波器。由此，典型的感兴趣的频率可W是发电机16U261的电频率的 6倍和/或电频率的12倍。由此，电频率是发电机相电流的频率。不同负载点处的噪声和振动 的命令可被保存在参考值确定模块427中的查找表中。命令和经处理的反馈信号425可被用 于计算调节误差433。控制模块437可例如被构造为PI控制器（比例积分控制器），其被用于 产生Id电流命令407。
[0093] 在基于传感器的可选方案中，可使用麦克风和/或加速度计来测量反馈源，特别是 传感器模块441输出的噪声/振动分量442。在没有传感器的可选方案中，估计模块439可例 如被构造为转矩脉动和径向力观察器。根据所选的反馈源(442或440)，在噪声/振动处理模 块423中可需要适当的信号处理算法。因此，所得到的误差433可被输入到比例积分(PI)控 制器，比例积分(PI)控制器产生Id的参考值，W便降低噪声/振动。最后，NC可被供应到 电流控制器201(见图2)，其负责产生用于电压调制器的命令电压。本发明可被集成在常规 的矢量控制的驱动器或其他替代物中。
[0094]在矢量控制的永磁体发电机驱动器中，可由每安培最大转矩(MTPA)算法和/或用 于高速操作下的通量弱化控制的电压控制器来产生Id参考值。当添加噪声/振动控制器时， Id的=个不同的参考值可能需要被管理，即参考值307、311和313,如图3所示。可通过选择 最低的一个来进行选择。替代地，根据应用需求，较高的优先级可归因于噪声控制或MTPA。 [00M]图5示出了包括曲线的图，其中，横坐标545表示W赫兹为单位的频率，并且纵坐标 547表示W地a为单位的声压。曲线549示出了Id = -800 A的情况，并且曲线551示出了ld = 0 A的情况。风力满轮机W13 RPM运行并且输出2800 kW的功率。
[0096] 如可W看到的，本发明的实施例通过将Id从0 A改变到-800 A而提供了6f (6倍发 电机电频率)调性(tonality)中的6地a的降低。在图5中还能看到12f调性中的降低。运里， 6f调性对应于6XnXp/60化= 70.2 Hz，其中，n代表W每分钟转数为单位的发电机机械旋 转速度，并且P代表发电机极对的数量，作为一个示例，n= 13 rpm并且p = 54。根据本发明， 可W根据噪声/振动要求自动地确定Id参考值。本发明的实施例可提供在永磁体发电机驱 动器中的自动的噪声/振动控制方案。实施例还提供永磁体发电机驱动器中的降低的噪声 和振动。此外，用于所描述的控制设备的两个替代的反馈源也是可能的。
[0097] 应当注意的是术语"包掠'不排除其他元件或步骤，并且"一"或"一个'不排除多 个。而且，关于不同实施例描述的元件可W进行组合。应当注意的是权利要求中的参考标记 不应当被理解为限制权利要求的范围。
【主权项】
1. 用于确定参考电流在d-q坐标系中的d分量（Idref，I*d)以便降低风力涡轮机（150) 的噪声/振动的装置(100，200，300，400)，所述装置包括： 噪声/振动确定模块(419)，用于确定至少一个风力涡轮机部件的振荡的至少一个噪 声/振动分量(421);和 处理块(402)，用于基于由所述噪声/振动确定模块(419)输出的所述噪声/振动分量 (421)来计算所述参考电流的d分量的第一类型(407)。2. 根据权利要求1所述的装置(100，200，300，400)，其中，所述处理块(402)包括： 噪声/振动处理模块(423)，用于获得所确定的至少一个噪声/振动分量中的至少一个 噪声/振动分量的实际特性(425); 参考值确定模块(427)，用于提供所述噪声/振动分量的参考特性(429);和 控制模块(437)，用于基于所述噪声/振动分量的实际特性(425)和参考特性(429)之间 的差(433)来计算所述参考电流的d分量的第一类型(407)。3. 根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述噪声/振动确定模块包括： 用于感测噪声和/或振动的传感器模块(441)，特别是麦克风和/或加速度传感器，用于 测量所述至少一个风力涡轮机部件的振荡的噪声/振动分量(442)。4. 根据权利要求1至3中的一项所述的装置，其中，所述噪声/振动确定模块包括： 估计模块(439)，用于基于由所述风力涡轮机（150)的发电机（16U261)输出的电流（Id， Iq)、电压(Vd，Vq)并且基于所述发电机(161)的转子（159)的旋转频率（cog)和角位置(0 g)来 估计所述至少一个风力涡轮机部件的振荡的噪声/振动分量(440)。5. 根据权利要求3或4中的一项所述的装置，其中，所述噪声/振动确定模块包括： 开关(443)，其将所述传感器所测得的或者所述估计模块所估计的所述至少一个风力 涡轮机部件的振荡的噪声/振动分量选择性地、替代地供应到所述噪声/振动处理模块 (423)〇6. 根据前述权利要求中的一项所述的装置，其中，所述参考值确定模块(427)适于使用 所述发电机（161)的旋转频率（cog)和转矩(Te)作为输入基于模拟或离线测试来计算所述 噪声/振动分量的参考特性(429)，其中，所述参考值确定模块(427)特别地包括查找表，所 述查找表包括不同工作点的信息。7. 根据前述权利要求中的一项所述的装置，其中， 所述噪声/振动处理模块(423)输出特别是与6倍或12倍电频率相关联的所述噪声/振 动分量的幅值和/或相位作为所述实际特性，并且 所述参考值确定模块(427)输出特别是与6倍或12倍电频率相关联的所述噪声/振动分 量的参考幅值和/或相位作为所述参考特性。8. 根据前述权利要求中的一项所述的装置，其中， 所述噪声/振动处理模块(423)输出特别是与6倍或12倍电频率相关联的所述噪声/振 动分量的波形信号作为所述实际特性，并且 所述参考值确定模块(427)输出特别是与6倍或12倍电频率相关联的所述噪声/振动分 量的参考波形信号作为所述参考特性。9. 根据前述权利要求中的一项所述的装置，其中，所述装置(400)还包括： 减法元件(431)，用于计算所述噪声/振动分量的实际特性(425)和参考特性(429)之间 的差(433)，被布置成将所述差(433)供应到所述控制模块(437)。10. 根据前述权利要求中的一项所述的装置，还包括： MTPA模块(309)，其适于应用每安培最大转矩算法以便计算所述参考电流在d-q坐标系 中的d分量的第二类型(311)，用于最小化发电机总电流。11. 根据前述权利要求中的一项所述的装置，还包括： 电压控制模块(312)，其适于为了高速操作下的通量弱化而计算所述参考电流在d-q坐 标系中的d分量的第三类型(313)，用于避免转换器过调制。12. 根据前述权利要求10至11中的一项所述的装置，还包括： 选择模块(315)，用于选择所述参考电流的d分量的第一类型、第二类型或第三类型作 为所述参考电流的d分量，其中，特别地选择最小值(317)。13. 用于控制风力涡轮机（150)的发电机侧频率转换器(171)的发电机侧控制器（189)， 所述发电机侧控制器包括： 根据前述权利要求中的一项所述的用于确定参考电流的d分量的装置(100); 用于确定参考电流的q分量的装置(203); 用于确定所述发电机输出处的期望电压的d分量和q分量的电流控制器(201); 调制器（205)，其基于所述期望电压的d分量和q分量而产生用于所述发电机侧频率转 换器的脉宽调制信号。14. 风力涡轮机（150)，包括： 发电机(161); 发电机侧频率转换器(171);和 根据权利要求13所述的发电机侧控制器（189)，所述发电机侧控制器（189)被联接成控 制所述发电机侧频率转换器。15. 用于确定参考电流在d-q坐标系中的d分量以便降低风力涡轮机的噪声的方法，所 述方法包括： 确定至少一个风力涡轮机部件的振荡的至少一个噪声/振动分量(421);以及 基于由所述噪声/振动确定模块(419)输出的所述噪声/振动分量(421)来计算所述参 考电流的d分量的第一类型(407)，所述计算特别地包括： 获得所确定的噪声/振动分量中的至少一个噪声/振动分量的实际特性(425); 提供所述噪声/振动分量的参考特性(429);和 基于所述噪声/振动分量的实际特性(425)和参考特性(429)之间的差（433)来计算所 述参考电流的d分量的第一类型(307，407)。
【文档编号】F03D7/02GK106050565SQ201610200659
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月1日 公开号201610200659.0, CN 106050565 A, CN 106050565A, CN 201610200659, CN-A-106050565, CN106050565 A, CN106050565A, CN201610200659, CN201610200659.0
【发明人】邓恒, N.M.A.弗赖雷
【申请人】西门子公司