用于转换交流电的转换器系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于将可变频率的交流电转换为恒定频率的交流电的方法和转换器系统，其中该转换器系统可以应用于带有多组电绝缘的线圈的发电机。
【背景技术】
[0002]在风力涡轮机中，发电机可以通过旋转柄来驱动，在该旋转柄上安装多个轮叶或者转子叶片。根据驱动发电机的转子的旋转频率，发电机可以输出可变频率的交流电。为了能够将电能馈送到供电网中，其中所述供电网为耗电器提供具有例如50Hz或60Hz的预先给定的交流频率的电能，由发电机提供的可变频率的能量或功率必须被转换为固定频率的能量或功率或电流或电压。
[0003]为此目的，现有技术使用转换器，该转换器具有发电机侧的部件、整流部件和供电网侧的部件。在转换器的发电机侧的部件中，可变频率的能量电流被转化为直流电并且附加地在转换器的整流部件中被平滑。在供电网侧的部件中，直流电被转化为固定(预先给定)频率的交流电。在此，转换器的发电机侧的部件以及供电网侧的部件可以分别具有一系列功率晶体管，所述功率晶体管通过其相应的栅极上的脉宽调制信号来控制，以便实现至直流电的转化或者至固定频率的交流电的转化。
[0004]发电机尤其是可以具有两组或更多组电绝缘的线圈，其分别围绕着定子的齿缠绕。每组线圈或者绕组(其中每组例如可以包括三个电相)可以被输送给所属的转换器，以便实现转化。
[0005]然而，要注意的是:由带有多组电绝缘线圈的发电机和用于转换每组电绝缘的线圈的能量电流的多个转换器构成的系统产生相对较高的噪声或者高的噪声电平以及振动，这可能导致系统组件的机械和/或电负荷并且还作为干扰被察觉。
[0006]在传统的系统中，执行谐波电流注入方法，以便衰减转矩波动。由此，可以在一定的频率情况下实现振动和噪声的衰减。然而，这样的控制要求附加的麻烦和注意，以便准确地设定参数。然而这些参数不能被应用在任何情形或者说所有条件下，以便减轻振动或噪声问题。
[0007]因此存在对于用于转换交流电的转换器系统和方法的需求，该转换器系统具比现有技术的相应系统更低的振动和噪声。
【发明内容】
[0008]该需求通过独立权利要求的主题来满足。从属权利要求说明了特别的实施方式。
[0009]按照本发明的一种实施方式，提供一种用于将可变频率交流电转换为恒定频率的交流电的转换器系统，其中该转换器系统具有:第一转换器，其可以与发电机的第一组线圈电连接；以及至少一个第二转换器(或者三个、四个、五个或更多个)，其可以与发电机的第二组线圈电连接，其中第一转换器在第一运行模式中被构造用于:确定发电机的估计的第一转子位置，并且基于估计的第一转子位置控制被包含在第一转换器中的第一功率晶体管以便转换交流电，其中第二转换器在第一运行模式中被构造用于:从第一转换器接收发电机的估计的第一转子位置并且基于估计的第一转子位置控制被包含在第二转换器中的第二功率晶体管以便转换交流电。
[0010]转换器系统例如可以被包含在风力涡轮机之内，在该风力涡轮机中发电机与其上安装有多个转子叶片或轮叶的转子耦合并且(根据转子的旋转频率)产生交流电或可变频率的能量电流。该恒定的频率例如可以为50HZ或60Hz。第一转换器以及第二转换器可以分别包含发电机侧的部件(产生直流电的部件或者整流器)和耗电网侧的部件(产生固定频率交流电的部件)，其中不仅发电机侧的部件而且耗电网侧的部件可以分别具有功率晶体管。尤其是，每个部件例如可以分别包含两个用于交流电的每相的功率晶体管。按照一种特别的实施方式，第一转换器或第二转换器的发电机侧的部件例如可以包含六个功率晶体管，以便支持三相，并且第一转换器或第二转换器的耗电网侧的部件也可以分别包含六个功率晶体管，以便给耗电网提供三相能量电流。在发电机侧的部件和耗电网侧的部件之间可以布置整流部件(DC-链路)，其尤其是电容器或电容器系统，以便对通过发电机侧的部件(部分地)整流的能量电流进行平滑。每个转换器、也即第一转换器以及第二转换器可以分别包含控制系统，尤其是第一转换器可以包括第一控制系统，并且第二转换器可以包括第二控制系统，以便控制相应转换器中的功率晶体管进行断开或者闭合，尤其是借助脉宽调制信号，所述脉宽调制信号被输送给功率晶体管的相应的栅极。
[0011]发电机的第一组线圈与第二组线圈电绝缘。第一组线圈或者可以围绕发电机定子的整个环周来延伸或者例如可以仅仅被布置在发电机的环周的一个部分区域中(或者分开的多个部分区域中)，例如布置在一半上。第一组线圈因此可以与第二组线圈在环周上重叠或者在另一实施方式中可以在环周上不重叠。
[0012]尤其是可以将一组测量值输送给第一转换器，所述测量值代表第一组线圈的电流。第一组线圈尤其是可以对应于三相，并且关于第一相中的电流(也称为U电流)的测量值、关于第二相中的电流(也称为V电流)的测量值、以及关于第三相中的电流(也称为W电流)的测量值可以被输送给第一控制系统。基于U电流、V电流和W电流，第一控制系统可以确定发电机的估计的第一转子位置。
[0013]在此，估计的第一转子位置是对转子(该转子在发电机内旋转)的角位置的估计，需要了解该角位置，以便控制第一功率晶体管，使得实现所希望的整流。为了确定发电机的估计的转子位置可以使用如现有技术中已知的各种方法。各种估计方法的细节例如可以从文献US 6 163 127中获得。
[0014]在第一运行模式中，第一转换器因此在无传感器的控制模式中、也即在不借助附加的传感器借助测量来确定实际转子位置的模式中工作。
[0015]除了第一组线圈中的电流的测量值之外，还可以给第一控制系统或第一转换器输送有功功率、无功功率、电压、电流等的参考值，所述参考值尤其是可以被用于为耗电网侧的部件的功率晶体管确定控制信号，以便在第一转换器的输出端子或多相输出端口中实现所希望的有功功率、无功功率、电压、电流。
[0016]在第一运行模式中，第一转换器向第二转换器输出代表所估计的第一转子位置的信号。第二转换器从第一转换器接收估计的第一转子位置(例如由电、光信号来代表)并且在通常也被称为在其中接收关于转子的当前位置的测量信号的模式中运行(有传感器控制)。这样的运行模式在传统转换器中被支持并且因此可以通过以下方式由传统可获得的转换器组建该转换器系统，即例如将来自第一转换器的估计的第一转子位置输送给第二转换器的输入端，该第二转换器在传统系统中被设置用于接收当前转子位置的测量信号。
[0017]第二转换器在其第一运行模式中不自身确定估计的转子位置、而是代替于此地使用由第一转换器确定的估计的第一转子位置并且基于所述估计的第一转子位置控制第二功率晶体管，所述第二功率晶体管被包含在第二转换器中。尤其是，基于估计的第一转子位置控制的第二功率晶体管可以部分地或者仅仅被布置在第二转换器的发电机侧的部件中。第一转换器的第一功率晶体管也可以被布置在第一转换器的发电机侧的部件中。
[0018]发电机例如可以具有两组三相线圈。这两组是彼此电绝缘的。这样的系统的优点是:当一组线圈或第一电容器或第二电容器之一有技术问题时，另外的系统仍然可以继续产生电能。但是，这两组线圈可以是磁耦合的。例如，一组线圈中的电流可以明显影响另一组线圈中的电压。
[0019]按照本发明的该实施方式，因此第一转换器和第二转换器通过相同的(估计的)转子位置作为输入来运行。尤其是，第一转换器可以具有与第二转换器相同或者一致的结构。该第一转换器和第二转换器因此并非彼此独立地被运行。在传统的系统中可以存在:在独立地运行转换器时，分别估计的转子位置容易地是不同的，因为多组线圈磁耦合并且因此一组线圈中的电流影响另一组线圈