專利名稱：智能處理位置信號的發(fā)電機系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉Aic電機系統(tǒng)的領域，例如用于風力機的發(fā)電機系統(tǒng)。更具 體而言，本發(fā)明涉及智能處理位置信號的發(fā)電機系統(tǒng)，其中所述位置信號 指示發(fā)電機轉子的角位置。
背景技術：
對于設置為向電網(wǎng)產(chǎn)生電功率的風力機來說，功率效率是關鍵的參數(shù)。
為了提供高功率效率，必須以盡可能少的關機(shutdown)事件將風力機 連接到電網(wǎng)。
使風力機關機的一種公知的差錯來源是功率發(fā)電機的轉子的位置感測 (sensing )或位置編碼。例如，雙反饋感應型發(fā)電機需要精確感測發(fā)電機 轉子的角位置，例如在+/-1'之內(nèi)，以便控制系統(tǒng)將來自發(fā)電機的電功 率信號匹配到電網(wǎng)，從而可靠而平穩(wěn)地向電網(wǎng)傳輸電功率。歸因于高 電流，即使短期的差錯或無位置信號也會導致發(fā)電機系統(tǒng)的緊急關機， 從而導致風力機的總功率效率變差。此外，即使位置信號的微小差錯 也會造成來自發(fā)電機系統(tǒng)的不希望的電壓峰，從而降低輸送到電網(wǎng)的 電功率的質(zhì)量。
^^知通常稱為位置編碼器的位置感測裝置，最終會在其輸出的位置信 號中產(chǎn)生差錯。此外，這樣的裝置通常被機械地連接到發(fā)電機的軸，因而 包括以發(fā)動機的軸的速度(例如，1500rpm或更高)運轉的部件。因此， 位置編碼器的軸承等等具有有限的壽命，于是，早期檢測位置編碼器的問 題對于避免位置編碼器的完全損壞是極其重要的，位置編碼器的完全損壞 將使風力機關機直到更換了位置編碼器。還可能僅基于來自發(fā)電機和發(fā)電機向其輸送功率的電網(wǎng)的電輸出信號 來計算轉子的角位置。這消除了對于機械位置編碼器的需要。然而，這樣
的計算是復雜的并需要大量的處理功率。此外，如果電網(wǎng)上的電壓很低， 那么計算的值是不可靠的，并且當電網(wǎng)電壓為零時，不可能進行計算。

發(fā)明內(nèi)容
因此，根據(jù)上述描述，本發(fā)明的一個目的為提供一種電功率發(fā)電機系 統(tǒng)，其能夠改善對從位置編碼器接收的位置信號的處理以便能夠以減少的 關機數(shù)量更可靠地操作發(fā)電機系統(tǒng)。
在第一方面，本發(fā)明提供了一種電功率發(fā)電機系統(tǒng)，包括 一功率發(fā)電機，其包括連接到軸的轉子；
一位置編碼器，所述位置編碼器被配置為通過機械連接到所述軸來感
測所述轉子的角位置，并產(chǎn)生代表所述轉子的角位置的位置信號；以及 一處理器，其優(yōu)選為數(shù)字信號處理系統(tǒng)，并被配置為 一從所述位置編碼器接收所述位置信號； —響應所述位置信號提供所述轉子的計算的角位置； 一基于早先接收的位置信號提供所述轉子的估計的角位置；以及 —基于至少一種預定的控制算法，從所述計算的角位置和所迷估 計的角位置產(chǎn)生處理的角位置。
因為這樣的發(fā)電機系統(tǒng)考慮了基于來自位置編碼器的最新位置信號和 基于早先的位置輸入兩者而計算的角位置來提供處理的角位置，因此這樣 的處理的角位置將比基于來自位置編碼器的一個單一位置信號直接計算的 角位置更加可靠。因此，所述處理的角位置不易受到從位置編碼器所接收 的位置信號中的差錯的影響。
歸因于估計的角位置，可以檢測出位置信號中的差錯并且在某種程度 上還可以校正這樣的差錯，即使在位置編碼器短時段內(nèi)停止運行的情況下， 也可以提供控制算法，使得通過完全依賴于在這個時段內(nèi)的估計的角位置， 處理的角位置足夠可靠地維持功率發(fā)電機系統(tǒng)的正常操作。隨后將描述計算并利用估計的角位置以產(chǎn)生更可靠的處理的角位置的更具體的方法。
其功率產(chǎn)生功能依賴于對轉子位置精確了解的發(fā)電機系統(tǒng)，例如雙反
饋感應型發(fā)電機，將較少地受到會造成差的電力質(zhì)量或緊急關機的位置編
碼器差錯的影響，并且即使在位置編碼器永久故障的情況下，系統(tǒng)也將有
時間以受控的方式關機而不需要緊急關機。
根據(jù)上述內(nèi)容，根據(jù)所述第 一方面的發(fā)電機系統(tǒng)非常適合于其中可靠
操作和高功率效率是關鍵參數(shù)的風力機和其他的功率發(fā)電機。可以減小由
位置編碼器問題所造成的風力機停止產(chǎn)生電功率的時長。因為大多數(shù)的現(xiàn) 代發(fā)電機系統(tǒng)包括數(shù)字信號處理器，因此可以完全通過在這樣的處理器上 運行的軟件來執(zhí)行位置信號的必要處理。然而，如果需要，所述處理或其 一部分還可以包括才莫擬處理部分。
下面，將描述優(yōu)選的實施例，尤其是關于所述預定控制算法的實施例。 處理器可包括校正單元，所述校正單元被配置為在計算角位置之前檢 測和校正位置信號中的預定類型的差錯，由此對期望的位置信號進行預過 濾，以去除來自位置編碼器的位置信號中的已知類型的臨時差錯。由此， 基于校正的位置信號計算的角位置信號變得更加可靠，因此可以避免由已 知類型的臨時差錯所導致的發(fā)電機系統(tǒng)關機。具體而言，可以基于位置編 碼器的預先存儲的特性(例如，其角分辨率)來校正差錯，由此利用從位 置編碼器接收的位置信號中的冗余信息。還可以基于功率發(fā)電機的預先存 儲的特性(例如，其最大可能的角加速度)來校正差錯，由此可以拒絕位 置信號中這樣的值，該值反映出特定發(fā)電機物理上不可能的角加速度。校
正位置信號中的差4晉優(yōu)選包括下列步驟中的 一個或多個1)去除可能由電 噪聲或系統(tǒng)的數(shù)字部分中的"懸浮(hanging)"位所造成的峰；2)去除 可能由系統(tǒng)的數(shù)字部分中的一個或多個"懸浮"位造成的值偏移；3)限制 可能由各種因素造成的超過預定值的角加速度；以及4)補償可能由干擾 信號或丟失而造成的每周旋轉的非預期的脈沖數(shù)目。
處理器優(yōu)選包括估計單元，該估計單元包括鎖相環(huán)(PLL)即包括本 領域公知的積分器和PI調(diào)節(jié)器,其中估計單元基于早先的角位置輸入產(chǎn)生
7估計的角位置。以該方式，使用PLL以過濾輸入角位置，并由此估計哪個 角位置是期望的，從而可以評價角位置值的可靠性。處理器可被配置為， 取決于例如評價哪一個被認為是最可靠的來進行選擇以將角位置或估計的 角位置作為輸入施加到估計單元。
預定的控制算法被配置為使得處理的角位置是來自PLL的輸出，由此 提供由PLL基于先前的角位置輸入而過濾的角位置的可靠測量。具體而 言，通過外推算法例如通過假設轉子角速度恒定，由處理的角位置計算估 計的角位置，從而領先一個樣本獲得角位置的良好估計。
處理器優(yōu)選包括差錯處理單元，所述差錯處理單元被配置為基于比較 角位置與估計的角位置來檢測差錯，其中在檢測出差錯的情況下差錯處理 單元選擇將估計的角位置作為輸入施加到估計單元。如果沒有檢測出差錯， 選擇基于最新的位置信號輸入計算出的角位置信號作為到估計單元的輸 入。在簡單的實施例中，在角位置與估計的角位置之間的差異超過預定的 值或偏離超過特定的百分比的情況下，差錯處理單元檢測出差錯。然而， 還可以使用更復雜的算法或標準用于檢測差錯。
在一個實施例中，差錯處理單元被配置為在檢測到差錯的情況下選擇 輸出估計的角位置作為處理的角位置。優(yōu)選地，計算的角位置和估計的角 位置中的最可靠的一個值被輸出作為處理的角位置。由此，在該實施例中， 差錯處理單元是軟件開關，其在沒有檢測出差錯的情況下輸出計算的角位 置，而在檢測出差錯的情況下輸出估計的角位置。
差錯處理單元可^皮配置為產(chǎn)生差錯信號，該差錯信號指示在位置編碼 器中存在差錯。這樣的差錯信號可以用于呼叫可以更換位置編碼器的服務 人員，或者，差錯信號可以由控制系統(tǒng)使用以啟動發(fā)電機系統(tǒng)的受控關機。 具體而言，在預定的時長期間檢測出預定數(shù)目的差錯之后，差錯處理單元 產(chǎn)生差錯信號。因此，可以在幾個臨時差錯的期間保持正常操作，該差錯
信號,iu^時直到在限定的時間內(nèi)發(fā)生大數(shù)目的差錯。因此，發(fā)電機系統(tǒng)的
功率效率得到提高，同時還提供了安全裕度而不需要緊急關機。
位置編碼器基本上可以是任何類型的位置編碼器，但優(yōu)選是輸送電位置信號的位置編碼器。具體而言，編碼器可以以三線數(shù)字位置信號的形式輸送位置信號，例如，光學型位置編碼器以電脈沖形式輸送三線信號，其中兩個線提供了對應于轉子的每個部分旋轉的脈沖，而 一個線提供了對應
于轉子的每個整周旋轉的脈沖(復位信號)。具體而言，以至少2KHz的取樣頻率，例如5KHz的取樣頻率，還可能大于10KHz的取樣頻率，來取樣位置信號。
如果功率發(fā)電機是雙反饋感應發(fā)電機，發(fā)電機系統(tǒng)是特別適合的，因為這樣的發(fā)電機類型需要指示出轉子位置的精確角位置信號以便在連接到電網(wǎng)時能夠適當?shù)剡\作。
發(fā)電機系統(tǒng)還包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)被配置為接收處理的角位置并由此控制下列中的至少一個1)功率發(fā)電機到電網(wǎng)的電連接，以及2)功率發(fā)電機的振動電平(level)。在1)情況下，歸因于可靠的處理的角位置，可以獲得具有高功率效率和高電力質(zhì)量的可靠操作。在2)的情況下，通過精確和可靠的處理的角位置，可以有效和穩(wěn)定地衰減由發(fā)電機所產(chǎn)生的振動電平。
優(yōu)選地，處理器被配置為檢測位置編碼器中的差錯并由此產(chǎn)生差錯信號，其中控制系統(tǒng)被配置為響應該差錯信號啟動與電網(wǎng)的受控斷開過程。通過這樣的差錯處理，即使在位置編碼器完全損壞的情況下，也可以消除緊急關才幾。
在第二方面，本發(fā)明提供了包括根據(jù)本發(fā)明第一方面的功率發(fā)電機系統(tǒng)的風力4幾。所述風力機優(yōu)選被配置為向電網(wǎng)輸送電功率，其中處理的角位置用于消除歸因于位置編碼器中的差錯的緊急關機，例如，如上述第一方面所描述的。
應認識到，本發(fā)明的兩個單獨方面可以互相組合，描述用于第一方面的實施例也可以適用于第二方面。


現(xiàn)在參照附圖更加詳細地描述本發(fā)明，圖中圖1示例了功率發(fā)電機系統(tǒng)的基本部件；圖2示例了一種處理器實施例；圖3示例了另一處理器實施例；圖4示例了第三處理器實施例；
圖5示例了來自位置編碼器的位置信號中的可能的差錯；以及圖6示例了連接到電網(wǎng)的發(fā)電機系統(tǒng)。
附圖具體示例了實施本發(fā)明的方法，但不應被解釋為限制落入所附權利要求的范圍內(nèi)的其他可能的實施例。
具體實施例方式
圖1示例了發(fā)電機系統(tǒng)的基本部件。電功率發(fā)電機GEN包括由軸驅動的轉子。在用于風力機的發(fā)電機情況下，葉片通過齒輪箱驅動發(fā)電機GEN的軸。發(fā)電機GEN具有多個相位，每一個相位產(chǎn)生可以用于將電能供給到電網(wǎng)(例如，公共電網(wǎng))的電功率信號。位置編碼器ENC被機械地連接到發(fā)電機軸以感測轉子的角位置，其中轉子的角位置是用于控制多種類型的發(fā)電機例如雙反饋感應發(fā)電機的重要參數(shù)。
通常通過較剛性(stiff)的耦合將位置編碼器ENC連接到軸，因而即使位置編碼器ENC相對于發(fā)電機軸的小的不對準也會^f吏位置編碼器ENC中的軸承磨損。典型的位置編碼器ENC基于光學來讀取與軸一起旋轉的盤，盤被角度地分為黑色和白色的區(qū)段，例如，每整周旋轉共1024個區(qū)段。光學傳感器用于遵從黑色和白色區(qū)段的通過而產(chǎn)生脈沖形式的位置信號PS。
然后，通過處理器DSP (優(yōu)選為數(shù)字信號處理器DSP)處理位置信號PS,其將位置信號PS內(nèi)在地轉變?yōu)榻俏恢?，該角位置反應了發(fā)電機轉子的角位置。在處理器中進行進一步處理，以便得到例如將在下面進一步描述的更可靠的處理的角位置PAP。具體而言，可以使用這樣的處理的角位置PAP來控制發(fā)電機GEN到電網(wǎng)的電耦合，由此，在位置信號PS中存在臨時差錯的情況下獲得更可靠的操作而不需要關機。在位置編碼器ENC完全癱瘓的情況下，處理的角位置PAP基于較早的位置信號PS輸入，由此允許足夠長的正常操作以避免緊急關機。下面將描述處理器的不同實施例。
圖2示例了根據(jù)本發(fā)明的處理器DSP的實施例。在處理器DSP中接收來自位置編碼器的位置信號PS，并且該位置信號PS被輸入到角位置計算單元ACU，計算單元ACU相應地計算角位置AP。應該理解，該角位置AP的計算將高度依賴于位置信號PS的類型。然而，在位置信號PS為每整周旋轉中的多個脈沖的形式的情況下，ACU將包括計數(shù)器，該計數(shù)器對脈沖進行計數(shù)直到每整周旋轉的已知的脈沖數(shù)目，然后脈沖的計數(shù)被直接轉變?yōu)? -360'范圍中的角位置AP或相似的角度表達。優(yōu)選地，位置信號PS包括每整周旋轉一個脈沖形式的復位信號，其能啟動對應于發(fā)電機轉子的精確角位置的準確的角度補償(offset)。
然后，將計算的角位置AP作為輸入施加給預定的控制算法CA，控制算法CA包括差錯處理單元EHU。差錯處理單元EHU比較計算的角位置AP與從估計單元EST接收的估計的角位置EAP,該估計單元EST包括這樣的算法，該算法被設置為優(yōu)選考慮幾個早先的輸入樣本來預言下一個樣本值(即，下一個預期的角位置)，由此產(chǎn)生可靠的估計的角位置。
差^l晉處理單元EHU通過該比較來決定計算的角位置AP和估計的角位置EAP中的哪一個可以被認為是最可靠的，然后輸出這兩個中的最可靠的一個作為到估計單元EST的輸入EI。優(yōu)選地， 一個樣本一個樣本地進行該比較，并且可以基于計算AP與EAP值之間的簡單的差異來進行選擇。如果差異超過某一預定的值或百分比，便決定將估計的角位置EAP作為輸入EI提供到估計單元EST,因為可以i人為是錯誤的位置信號PS造成了大的偏差。該過程確保了僅僅將最可靠的值輸入到估計單元EST中，由此增加了估計的角位置EAP的質(zhì)量。在示例的實施例中，預定的控制算法CA的輸出，進而處理器DSP的最終輸出，即處理的角位置PAP，也由估計單元EST產(chǎn)生，如將要結合圖4所示例的實施例所進行的更詳細的解釋。
圖3示例了另一處理器DSP實施例。該DSP實施例與圖2的實施例的區(qū)別僅僅與差錯處理單元EHU和估計單元EST有關。在圖3中，差錯處理單元不僅決定將AP和EAP中哪一個作為輸入EI提供到估計單元EST，例如上面所解釋。差錯處理單元EHU還輸出處理的角位置PAP，即作為AP和EAP中被認為最可靠的一個。在差錯處理單元EHU決定了 AP —定是4昔誤的情況下，EAP作為處理的角位置PAP凈皮輸出，而在沒有檢測出差錯的情況下，AP作為處理的角位置PAP^皮輸出。
圖4示例了又一處理器DSP實施例。與圖2的實施例相比，在角計算單元ACU的前面包括了預過濾器或校正單元CORR。該校正單元CORR響應位置信號產(chǎn)生校正的CPS。校正單元CORR可以分析位置信號PS以檢測可能會臨時(即，在單樣本中或在少數(shù)的隨后的樣本中)發(fā)生的多種不同類型的差錯，由此便能夠檢測出差錯，多個隨后的樣本是必須考慮的。在長的時長中觀察到了差錯的情況下，校正單元CORR優(yōu)選被配置為產(chǎn)生這樣的差錯信號，該差錯信號可以用于呼叫服務人員和/或以受控的形式關閉發(fā)電機系統(tǒng)。然而，優(yōu)選僅僅檢測并校正臨時差錯，使得可以維持正常操作。隨后將參考圖5來解釋可以檢測出的差錯的實例。
在圖4中，差錯處理單元EHU的作用對應于參考圖2所解釋的，然而，在該實施例中，如果檢測出了角位置AP信號中的差錯，差錯處理單元EHU可以產(chǎn)生差錯信號ERRS。該差錯信號ERRS可以用于以受控的方式關閉發(fā)電機系統(tǒng)，同時差錯處理單元EHU選擇永久提供EAP作為到估計單元EST的輸入EI，由此以提供足夠長的可接受質(zhì)量的處理角位置PAP，以確保在受控關機期間的正常操作。
此外，與圖2相比，圖4的差錯處理單元EHU具有兩個額外的輸入，即1)來自第二位置編碼器設備的額外的位置信號EPS,該第二位置編碼器設備連接用于感測發(fā)電機轉子的角位置，以及2)來自發(fā)電機的電輸入GI,其作為到無傳感器計算單元SCU的輸入，以僅僅基于來自發(fā)電機的該電輸入GI (即，不包括任何機械位置傳感器)計算又一角位置AP2。這在本領域是公知的。
在主位置編碼器失效的情況下，例如，在其故障的情況下，差錯處理單元EHU可以使用這些冗余的角位置數(shù)據(jù)AP2、 EPS以支持基于主位置編碼器的角位置AP。這有助于維持正常操作直到替換了主位置編碼器。在這樣的情況下，差錯處理單元將產(chǎn)生差錯信號ERRS,但卻可以安全地維持操作，由此發(fā)電機系統(tǒng)可以維持功率產(chǎn)生直到更換了主位置編碼器。為了減少對處理器DSP計算能力的要求，優(yōu)選地，無傳感器計算單元SCU僅僅在基于主位置編碼器的角位置AP中檢測出了差錯的情況下是激活的。相同的情況可應用于考慮到來自額外的位置編碼器的位置信號EPS所需的額外計算。
在圖4中，估計單元EST包括鎖相環(huán)PLL，其接收輸入EI并響應于輸入EI的序列進一步產(chǎn)生處理的角位置PAP，由此提供過濾的處理的角位置PAP,該PAP被i人為比直接計算的角位置AP更可靠。應該理解，PLL的設計包括多個變量，例如帶寬，本領域的技術人員可以選擇這些變量以便適合于發(fā)電機、位置編碼器等等的特性。此外，這些變量的選擇將依賴于輸出角位置的使用。由此，處理器DSP可以包括兩個或更多的PLL，這些PLL用以輸出適合于各不同目的的各估計或處理的角位置PAP,例如，這樣的多個PLL可具有不同的帶寬。
圖5示例了對于特定類型的位置編碼器，其位置信號中的一些典型的差錯，這些典型的差錯可以基于校正單元CORR中的檢測而被檢測和校正，如參考圖4的實施例所解釋的。圖5示例了對位置信號PS中脈沖的計數(shù)，該計數(shù)針對轉子軸每整周旋轉360'所接收的4096個脈沖中的每一個。轉子軸每旋轉一周，還預期位置編碼器提供一個復位脈沖。 一種類型的差錯為例如在一個樣本時長的位置信號PS中的干擾峰或尖峰El,其由先前(preceding)數(shù)字電路中的"懸浮(hanging)"位、或電噪聲等等造成。校正單元CORR優(yōu)選通過比較樣本值與之前的樣本值來檢測這樣的峰E1，如果當前的樣本值超過預定的改變，那么當前的樣本值便被檢測為峰E1，并且該值可以被忽略或校正，即，檢測為峰的樣本值可以被校正為從之前的值所預期的值。
另一類型的差錯為值偏移E2， E2是與所預期的值相比具有升高的(或降低的)值的多個后續(xù)樣本，例如其受先前數(shù)字電路(例如，位置編碼器中的數(shù)字輸出電路)中的一個或多個"懸浮"位的影響。校正單元CORR可以容易地檢測并校正大的偏移，但是在小偏移的情況下，偏移不能被校正單元CORR檢測出。然而，在該情況下，通過包括估計單元EST的環(huán)路至少可以抑制偏移E2的影響。
可以這樣檢測超過特定的發(fā)電機的可能加速的加速E3，即通過例如計算多個樣本的角加速度并比較該計算結果與預先存儲的值，其中預先存儲的值對應于特定發(fā)電機的轉子可以產(chǎn)生的最大角加速度。如果計算的角加速度超過該值，其必然歸因于位置信號中的差錯。例如，超過轉子的最大可能角加速度的這樣的加速度E3可以如此被校正，即將多個樣本中的值校正為轉子的最大可能角加速度。這雖然仍然不是完全的校正，但因為考慮了物理限制，因此至少更加接近真實值。然后，包括估計單元EST的環(huán)路將減小剩余的差錯。
差錯E4表示早于預期而接收的復位信號。該信號可以這樣檢測，如果計數(shù)器例如僅僅達到預期的4096中的3000，復位信號必然是干擾信號因而應該被忽略，因為可以決定只有離預期的脈沖最大數(shù)目+/-—個樣本內(nèi)的復位信號才是可,皮接受的。
差錯E5與差錯E4相反，即，丟失的復位信號或復位信號到達得太晚，即，在接收到預期的最大數(shù)目脈沖(例如，所示例的4096)之后。可以修正該差錯，因為在沒有接收到復位信號的情況下，最遲在檢測到預期最大脈沖數(shù)目之后的一個樣本處復位計數(shù)器。如果在幾個這樣的校正之后根本沒有接收到復位信號，校正單元便產(chǎn)生指示了位置編碼器已被損壞的差錯信號，因為錯誤地接收了太多的脈沖，或錯誤地未接收復位信號。
通過選擇適宜的算法，可以在預過濾或校正單元CORR中已經(jīng)將這些差錯E1、 E2、 E3、 E4、 E5檢測并校正。如果在校正單元CORR中未檢測或適宜地校正某一差錯，將導致偏離的角位置AP,該偏離的角位置AP將最可能在差錯處理單元EHU中被檢測為差錯和/或至少在估計單元EST中被過濾，使得處理的角位置PAP不會受到單一或少數(shù)錯誤樣本的嚴重影響。
差錯E6示例了真實角轉子位置的錯誤過濾，其歸因于位置編碼器被稍微偏心地安裝到轉子軸，因而輸出了沒有精確反應真實轉子位置的位置信號。錯-溪過濾E6還可以歸因于位置編碼器的旋轉部分與位置編碼器外殼之間的振蕩或振動，這將導致不能精確遵從真實轉子位置的位置信號，但是該位置信號將受這樣的振蕩/振動調(diào)制。在校正單元CORR中可能不能檢測和校正這樣的過濾差錯，但是在包括估計單元EST的環(huán)路中將可以消除或至少抑制這樣的差錯E6，因此差錯E6將不會顯著地影響處理的角位置PAP。
圖6示例了連接到電網(wǎng)EG的發(fā)電機系統(tǒng)，例如風力機發(fā)電機系統(tǒng)。位置編碼器ENC被連接到發(fā)電機GEN，例如雙反饋感應發(fā)電機，以感測發(fā)電機轉子的角位置。位置編碼器產(chǎn)生三個信號來響應每個角分辨率一次的第 一脈沖信號A、對應于第 一脈沖A但在時間上偏移了的第二脈沖信號B、以及形式為每整周360'旋轉一個脈沖的復位信號Z。這些信號A、B、 Z由處理器DSP接收，其產(chǎn)生處理的角位置PAP來響應，如上面所解釋的。此外，如上所述，處理器DSP被配置為在檢測出位置編碼器ENC故障的情況下產(chǎn)生差錯信號ERRS?？刂葡到y(tǒng)CS處理電功率從發(fā)電機GEN到電網(wǎng)EG的匹配。為了這樣做，控制系統(tǒng)CS接收處理的角位置PAP，并且控制系統(tǒng)被配置為接收差錯信號ERRS，以能夠啟動受控關機來響應。在風力機的情況下，可以在一秒內(nèi)執(zhí)行受控關機。
將遵從的精確差錯處理策略依賴于特定的設置中的多個因子，然而通過上面所解釋的處理的角位置PAP,發(fā)電機系統(tǒng)將具有提高的可能性維持正常操作。在位置編碼器ENC故障的情況下，至少發(fā)電機系統(tǒng)將具有足夠時間以進行受控關機?？傊?，本發(fā)明提供了具有改善的功率效率的電功率發(fā)電機系統(tǒng)，該改善的功率效率歸因于減小了對感測角轉子位置時的差錯的敏感性。該系統(tǒng)包括具有轉子的功率發(fā)電機、以及連接的感測轉子的角位置并由此產(chǎn)生位
置信號的位置編碼器。處理器接收位置信號，計算角位置以響應，基于早先接收的位置信號計算估計的角位置，并最終基于計算的角位置和估計的角位置產(chǎn)生處理的角位置。該處理的角位置是對轉子位置的更可靠的測量，因為其基于先前的位置輸入，優(yōu)選幾個先前的位置輸入。這提供了對位置信號的短期差錯的高免疫性，對于例如風力機，這意味著可以在位置編碼器臨時故障的情況下維持正常操作，并且在完全失效的情況下，能將操作維持得足夠長以避免緊急關機。在優(yōu)選的實施例中，處理器被配置為預過濾位置信號，即，在計算角位置之前進行檢測并校正。還優(yōu)選包括差錯處理，該差錯處理基于對估計的角位置與計算的角位置的比較，并由此確定到基于鎖相環(huán)的估計器的輸入，該估計器還用于提供處理的角位置。雖然通過特定的實施例描述了本發(fā)明，但不能以任何方式將其解釋為局限于呈現(xiàn)的實例。應該根據(jù)所附權利要求解釋本發(fā)明的范圍。在權利要求的上下文中，術語"包括"或"包含"不排除其他可能的單元或步驟。此外，所提及的"一"或"一個"不應被解釋為排除了多個。不應將與附圖中指示的單元相關的權利要求中的參考標記解釋為限制本發(fā)明的范圍。此外，在不同的權利要求中提及的單獨的特征可能有利地進行組合，并且不同權利要求中對這些特征的提及并不排除特征的組合是不可能和有利的。
權利要求
1. 電功率發(fā)電機系統(tǒng)，包括功率發(fā)電機(GEN)，包括通過軸驅動的轉子；位置編碼器(ENC)，被配置為通過至所述軸的機械連接來感測所述轉子的角位置，并產(chǎn)生表示所述轉子的角位置的位置信號(PS)；以及處理器(DSP)，其被配置為響應所述位置信號(PS)計算角位置(AP)；基于早先接收的位置信號計算估計的角位置(EAP)；以及基于所述計算的角位置(AP)和所述估計的角位置(EAP)產(chǎn)生處理的角位置(PAP)。
2. 根據(jù)權利要求1的系統(tǒng)，其中所述處理器(DSP)包括校正單元 (CORR)，所述校正單元(CORR)被配置為在計算所述角位置(AP)之前檢測并校正所述位置信號(PS)中的預定類型的差錯。
3. 根據(jù)權利要求2的系統(tǒng)，其中所述處理器(DSP)被配置為基于所 述位置編碼器(ENC)的預先存儲的特性例如其角分辨率來校正所述位置 信號(PS)。
4. 根據(jù)權利要求2或3的系統(tǒng)，其中所述處理器(DSP)被配置為基 于所述功率發(fā)電機的預先存儲的特性例如其最大可能的角加速度來校正所 述位置信號(PS)。
5. 根據(jù)權利要求2-4中的任何一項的系統(tǒng)，其中對所述位置信號(PS) 中差錯的校正包括下列中的至少一項去,(E1)，去除值偏移(E2)， 限制超過預定值的角加速度(E3)，以及補償每周旋轉的非預期數(shù)目的脈 沖(E4， E5)。
6. 根據(jù)上述權利要求中的任何一項的系統(tǒng)，其中所述處理器(DSP) 包括估計單元(EST)，所述估計單元(EST)包括鎖相環(huán)(PLL)，其 中所述估計單元(EST)基于早先的角位置輸入(EI)產(chǎn)生所述估計的角 位置(PAP )。
7. 才艮據(jù)權利要求6的系統(tǒng)，其中所述處理器(DSP)被配置為進行選 擇以將所述角位置(AP)或所述估計的角位置(EAP)作為輸入(EI)施 加到所述估計單元(EST)。
8. 根據(jù)權利要求6或7的系統(tǒng)，其中所述處理的角位置(PAP)由所 述鎖相環(huán)(PLL)輸出。
9. 根據(jù)權利要求10的系統(tǒng)，其中所述估計的角位置(EAP)是通過 外推(EX)算法例如通過假設所述轉子的角速度恒定，從所述處理的角位 置(PAP)中計算。
10. 根據(jù)上述權利要求6-9中的任何一項的系統(tǒng)，其中所述處理器 (DSP )包括差錯處理單元(EHU )，所述差錯處理單元(EHU )被配置為基于比較所述角位置(AP)與所述估計的角位置(EAP)來檢測差錯， 以及其中所述差錯處理單元(EHU)在檢測出差錯的情況下選擇將所述估 計的角位置(EAP)作為輸入(EI)施加到所述估計單元(EST)。
11. 根據(jù)權利要求10的系統(tǒng)，其中所述差錯處理單元(EHU )被配置 為在所述角位置(AP)與所述估計的角位置(EAP)之間的差異超過預定 值的情況下可以檢測到差錯。
12. 根據(jù)權利要求10或11的系統(tǒng)，其中所述差錯處理單元(EHU) 被配置為在檢測出差錯的情況下選擇將所述估計的角位置(EAP)輸出作 為所述處理的角位置(PAP)。
13. 根據(jù)權利要求10-12中的任何一項的系統(tǒng)，其中所述差錯處理單 元(EHU)被配置為產(chǎn)生指示出在所述位置編碼器(ENC)中存在差錯的 差錯信號(ERRS)，例如在預定的時長期間檢測出預定數(shù)目的差錯之后 產(chǎn)生所述差錯信號(ERRS)。
14. 根據(jù)上述權利要求中的任何一項的系統(tǒng)，其中所述位置編碼器 (ENC)產(chǎn)生的所述位置信號(PS)是三線數(shù)字位置信號(A， B， Z)，例如，以至少2KHz例如5KHz的取樣頻率取樣的位置信號(PS )。
15. 根據(jù)上述權利要求中的任何一項的系統(tǒng)，其中所述功率發(fā)電機 (GEN)是雙反饋感應發(fā)電機。
16. 根據(jù)上述權利要求中的任何一項的系統(tǒng)，還包括控制系統(tǒng)(CS)， 所述控制系統(tǒng)(CS)被配置為接收所述處理的角位置(PPS)并由此控制 下列中的至少一項所述功率發(fā)電機(GEN)到電網(wǎng)(EG)的電連接， 以及所述功率發(fā)電機(GEN)的振動電平。
17. 根據(jù)權利要求16的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為檢測所述位置 編碼器(ENC)中的差錯并由此產(chǎn)生差錯信號(ERRS),以及其中所述 控制系統(tǒng)(CS);陂配置為響應于所述差錯信號(ERRS)啟動從所述電網(wǎng)(EG)的受控斷開過程。
18. —種風力機，包括根據(jù)權利要求1-17中的任何一項的功率發(fā)電機 系統(tǒng)，例如， 一種配置用于向電網(wǎng)(EG)輸送電功率的風力機，其中所述 處理的角位置(PPS)用于消除由所述位置編碼器(ENC)中的差錯造成 的緊急關機。
全文摘要
提供一種智能處理位置信號的發(fā)電機系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括具有轉子的功率發(fā)電機、以及連接的用于感測所述轉子的角位置并由此產(chǎn)生位置信號的位置編碼器。一種處理器接收所述位置信號，計算角位置以響應，基于早先接收的位置信號計算估計的角位置，并最終基于所述計算的角位置和所述估計的角位置產(chǎn)生處理的角位置。因為所述處理的角位置基于早先的位置輸入，所以所述處理的角位置是所述轉子位置的更可靠的測量。這提供了對于所述位置信號中的短期差錯的高免疫力，并且對于例如風力機，這意味著在所述位置編碼器臨時故障的情況下可以維持正常操作，以及在完全失效的情況下可以足夠長地維持操作以避免緊急關機。
文檔編號H02J3/38GK101465551SQ20081018600
公開日2009年6月24日 申請日期2008年12月18日 優(yōu)先權日2007年12月19日
發(fā)明者F·B·本迪克森, K·B·拉森, M·L·勞 申請人:維斯塔斯風力系統(tǒng)有限公司