Identificación de perfil de inductancia de generador de imán permanente.

Un procedimiento para determinar una inductancia de una máquina de PM durante el funcionamiento de dicha máquina de PM

, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

a) hacer funcionar una máquina de PM dentro de una ventana de velocidad de rotación predeterminada,

b) aumentar un nivel de Corriente 5 Continua de una primera señal de referencia hasta que se haya alcanzado un primer nivel deseado de corriente,

c) calcular un nivel de Corriente Continua de una segunda señal de referencia,

d) añadir una primera señal de prueba de Corriente Alterna dependiente del tiempo en el nivel de Corriente Continua tanto de la primera señal de referencia como de la segunda señal de referencia,

e) calcular un primer valor de inductancia inducida de auto-saturación en respuesta a la primera señal aplicada de prueba de Corriente Alterna dependiente del tiempo, y almacenar dicho primer valor de inductancia inducida de auto-saturación en un medio de memoria adecuado,

f) calcular un primer valor de inductancia inducida de saturación cruzada en respuesta a la primera señal aplicada de prueba dependiente del tiempo, y almacenar dicho primer valor de inductancia inducida de saturación cruzada en el medio de memoria,

g) eliminar la primera señal de prueba de Corriente Alterna dependiente del tiempo,

h) repetir las etapas b) a g) hasta que la inductancia inducida de auto-saturación y la inductancia inducida de saturación cruzada hayan sido calculadas y almacenadas para un número predeterminado de primeros niveles de corriente, y

i) eliminar la primera señal de prueba de Corriente Alterna dependiente del tiempo y reducir el nivel de Corriente Continua de la primera señal de referencia hasta el valor cero.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DK2011/050241.

Solicitante: VESTAS WIND SYSTEMS A/S.

Nacionalidad solicitante: Dinamarca.

Dirección: Hedeager 44 8200 Aarhus N DINAMARCA.

Inventor/es: Tripathi,Anshuman, GUPTA,AMIT KUMAR, CAO,SHU YU, FONN,SWEE YEE, ANBARASU,RAMASAMY.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELECTRICOS, GENERADORES... > Disposiciones o métodos para el control de motores... > H02P25/02 (caracterizados por la clase de motor)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELECTRICOS, GENERADORES... > Disposiciones para el control o la regulación de... > H02P21/14 (Estimación o adaptación de parámetros de las máquinas, p. ej. constante de tiempo de rotor, flujo, velocidad, corriente o voltaje)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELECTRICOS, GENERADORES... > Disposiciones para el control o la regulación de... > H02P21/12 (Control basado en el flujo del estátor)

PDF original: ES-2464565_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Identificación de perfil de inductancia de generador de imán permanente Campo de la invención La presente invención se refiere a la identificación del perfil de inductancia de un generador de imán permanente (PM) , usando el bucle de control vectorial de flujo de estátor o de corriente de estátor.

Antecedentes de la invención Los generadores de PM y, en particular, los generadores de imanes permanentes interiores (IPM) , tienen la ventaja de una alta eficacia de conversión de energía y de una estructura mecánica robusta.

La carga de un generador de PM con una energía eléctrica de valor y calidad deseados puede incluir dos cuestiones:

1. Los parámetros de los generadores podrían ser incongruentes con el valor indicado y variar de un fabricante a otro, y

2. Parámetros tales como las inductancias de máquinas son sumamente dependientes de las condiciones de carga de las máquinas, según lo descrito en el documento US 2008 129243, que determina posiciones de rotor en base a las variaciones de inductancia, según lo expresado por las relaciones entre el flujo magnético y la corriente de un estátor.

En particular, las inductancias de máquina dependientes de la carga dificultan lograr una eficacia optimizada durante el funcionamiento. Además, la estabilidad del sistema podría verse sumamente afectada si el parámetro del generador se desvía demasiado de su valor indicado.

Por tanto, existe la necesidad de una determinación sobre la marcha de los parámetros de generador, en particular una determinación sobre la marcha de perfiles de inductancia de máquinas.

Puede verse como un objeto de las realizaciones de la presente invención proporcionar un procedimiento para la identificación de perfiles de inductancia de generador sobre la marcha, usando el bucle de control vectorial del flujo de estátor o de la corriente de estátor.

Descripción de la invención La presente invención se refiere a un nuevo enfoque para la identificación de perfiles de inductancia de generadores de PM, usando el bucle de control vectorial del flujo de estátor o de la corriente de estátor.

Las ventajas de la solución propuesta de acuerdo con la presente invención son:

(1) La invención mitiga el riesgo de inestabilidad del control de energía debida a parámetros de máquina incongruentes con el valor nominal dado por los diseñadores de la máquina.

(2) La invención rastrea eficazmente la inductancia del generador para todas las condiciones operativas a lo largo de la curva de energía. Esto hace que la carga de la energía eléctrica sea fiable con independencia del tipo de generador, e independiente de la condición operativa.

(3) El procedimiento de acuerdo con la presente invención puede ser usado para evaluar el diseño de la máquina y dar una retroalimentación valiosa para mejorar el diseño del generador.

(4) El procedimiento para la identificación de inductancia del estátor, de acuerdo con la presente invención, es general y puede ser aplicado tanto para un generador de imán permanente montado en superficie (SPM) como para un generador de imán permanente interior (IPM) , ya que el mismo observador de flujo y medición de corriente podrían ser aplicados tanto para el SPM como para el IPM. El SPM puede ser tratado como una máquina de IPM con una razón de prominencia muy pequeña.

(5) El procedimiento de acuerdo con la presente invención puede ser aplicado tanto para un sistema de control vectorial de flujo de estátor como para un sistema de control vectorial de corriente de estátor. Para ambos sistemas de control se aplica un observador de flujo de estátor en modalidad de voltaje, de modo que el efecto del valor inexacto de inductancia de estátor usado en el control es eliminado en el proceso de identificación.

(6) El procedimiento propuesto de identificación de perfil de inductancia de estátor, de acuerdo con la presente invención, puede ser implementado como un algoritmo de software que puede ser fácilmente integrado en el proceso de arranque del convertidor, sin coste adicional de hardware.

(7) Se propone un procedimiento sencillo y fiable de medición de amplitud de respuesta sinusoidal para evitar usar la FFT o un algoritmo complicado de detección de máximos.

(8) El efecto de la variación de inductancia del estátor debido a la saturación del circuito magnético con alta corriente puede ser eliminado aplicando los resultados de la identificación en el control, lo que posibilita lograr prestaciones de control estables y optimizadas incluso para el IPM con alta razón de prominencia.

La estimación precisa del flujo de estátor es posible usando el observador de flujo de estátor en la modalidad de corriente, después de que haya sido identificado y aplicado el perfil de inductancia del estátor. Esto posibilita aplicar el control de flujo de estátor a una velocidad extremadamente baja en la aplicación del impulso directo de un WTG.

Así, en un primer aspecto la presente invención se refiere a un procedimiento, de acuerdo con la reivindicación 1, para determinar una inductancia de una máquina de PM durante el funcionamiento de dicha máquina de PM, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

a) hacer funcionar una máquina de PM dentro de una ventana de velocidad de rotación predeterminada,

b) aumentar el nivel de Corriente Continua de una primera señal de referencia, hasta que haya sido alcanzado un primer nivel deseado de corriente,

c) calcular un nivel de Corriente Continua de una segunda señal de referencia, usando una restricción limitadora de voltaje, para asegurar que se proporcione suficiente corriente debilitadora de campo en el proceso del aumento del nivel de la Corriente Continua de la primera señal de referencia,

d) añadir una primera señal de prueba de Corriente Alterna dependiente del tiempo al nivel de Corriente Continua, tanto de la primera señal de referencia como de la segunda señal de referencia,

e) calcular un primer valor de inductancia inducida de auto-saturación en respuesta a la primera señal aplicada de prueba de Corriente Alterna dependiente del tiempo, y almacenar dicho primer valor de inductancia inducida de auto-saturación en un medio de memoria adecuado,

f) calcular un primer valor de inductancia inducida de saturación cruzada en respuesta a la primera señal aplicada de prueba dependiente del tiempo, y almacenar dicho primer valor de inductancia inducida de saturación cruzada en el medio de memoria,

g) eliminar la primera señal de prueba de Corriente Alterna dependiente del tiempo,

h) repetir las etapas b) a g) hasta que la inductancia inducida de auto-saturación y la inductancia inducida de saturación cruzada hayan sido calculadas y almacenadas para un número predeterminado de primeros niveles de corriente, y

i) eliminar la primera señal de prueba de Corriente Alterna dependiente del tiempo y reducir el nivel de Corriente Continua de la primera señal de referencia hasta el valor cero.

El procedimiento de acuerdo con el primer aspecto puede comprender adicionalmente las etapas de:

a) aumentar el nivel de Corriente Continua de las señales de referencia primera y segunda hasta que hayan sido alcanzados los niveles deseados de corriente,

b) añadir una señal de prueba de Corriente Alterna dependiente del tiempo al nivel de Corriente Continua, tanto de la primera señal de referencia como de la segunda señal de referencia,

c) calcular un segundo valor de inductancia inducida de auto-saturación en respuesta a la segunda señal aplicada de prueba de Corriente Alterna dependiente del tiempo, y almacenar dicho segundo valor de inductancia inducida de auto-saturación... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento para determinar una inductancia de una máquina de PM durante el funcionamiento de dicha máquina de PM, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

a) hacer funcionar una máquina de PM dentro de una ventana de velocidad de rotación predeterminada,

b) aumentar un nivel de Corriente Continua de una primera señal de referencia hasta que se haya alcanzado un primer nivel deseado de corriente,

c) calcular un nivel de Corriente Continua de una segunda señal de referencia,

d) añadir una primera señal de prueba de Corriente Alterna dependiente del tiempo en el nivel de Corriente Continua tanto de la primera señal de referencia como de la segunda señal de referencia,

e) calcular un primer valor de inductancia inducida de auto-saturación en respuesta a la primera señal aplicada de prueba de Corriente Alterna dependiente del tiempo, y almacenar dicho primer valor de inductancia inducida de auto-saturación en un medio de memoria adecuado,

f) calcular un primer valor de inductancia inducida de saturación cruzada en respuesta a la primera señal aplicada de prueba dependiente del tiempo, y almacenar dicho primer valor de inductancia inducida de saturación cruzada en el medio de memoria,

g) eliminar la primera señal de prueba de Corriente Alterna dependiente del tiempo,

h) repetir las etapas b) a g) hasta que la inductancia inducida de auto-saturación y la inductancia inducida de saturación cruzada hayan sido calculadas y almacenadas para un número predeterminado de primeros niveles de corriente, y

i) eliminar la primera señal de prueba de Corriente Alterna dependiente del tiempo y reducir el nivel de Corriente Continua de la primera señal de referencia hasta el valor cero.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, que comprende adicionalmente las etapas de:

a) aumentar el nivel de Corriente Continua de las señales de referencia primera y segunda, hasta que hayan sido alcanzados los niveles de corriente deseados,

b) añadir una señal de prueba de Corriente Alterna dependiente del tiempo en el nivel de Corriente Continua tanto de la primera señal de referencia como de la segunda señal de referencia,

c) calcular un segundo valor de inductancia inducida de auto-saturación en respuesta a la segunda señal aplicada de prueba de Corriente Alterna dependiente del tiempo, y almacenar dicho segundo valor de inductancia inducida de auto-saturación en el medio de memoria,

d) calcular un segundo valor de inductancia inducida de saturación cruzada, en respuesta a la segunda señal aplicada de prueba de Corriente Alterna dependiente del tiempo, y almacenar dicho segundo valor de inductancia inducida de saturación cruzada en el medio de memoria,

e) eliminar la segunda señal de prueba de Corriente Alterna dependiente del tiempo f) repetir las etapas c) a e) hasta que la inductancia inducida de auto-saturación y la inductancia inducida de saturación cruzada hayan sido calculadas y almacenadas para un número predeterminado de segundos niveles de corriente, y

g) eliminar la segunda señal de prueba de Corriente Alterna dependiente del tiempo y reducir las señales de referencia de Corriente Continua hasta el valor cero.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el cual las señales de referencia de Corriente Continua comprenden señales de referencia del flujo del estátor.

4. Un procedimiento según la reivindicación 3, que comprende adicionalmente la etapa de convertir las señales de referencia de Corriente Continua, con una señal de Corriente Alterna añadida a las señales de referencia del flujo del estátor, usando una inductancia Ld nominal y una inductancia Lq nominal cuando el procedimiento es aplicado a un generador de PM controlado por un controlador de flujo de estátor.

5. Un procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el cual las señales de referencia de Corriente Continua comprenden señales de referencia de corriente del estátor.

6. Un procedimiento según la reivindicación 5, que comprende adicionalmente la etapa de convertir las señales de referencia de Corriente Continua, con una señal de Corriente Alterna añadida a las señales de referencia de la corriente del estátor, cuando el procedimiento es aplicado a un generador de PM controlado por el controlador de corriente del estátor.

7. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la máquina de PM se hace funcionar en un estado saturado de funcionamiento.

8. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la ventana de velocidad de rotación predeterminada comprende ventanas de velocidades tales como las de entre 1.000 y 1.500 rpm, las de entre 300 y 500 rpm o las de entre 30 y 50 rpm.

9. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los niveles deseados de corriente primero y segundo son distintos.

10. Un procedimiento según la reivindicación 9, donde el primer nivel de corriente es mayor que el segundo nivel de corriente.

11. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual los números predeterminados de 15 los niveles de corriente primero y segundo están dentro del intervalo comprendido entre 5 y 10.

12. Un producto de programa de ordenador para llevar a cabo el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, cuando dicho producto de programa de ordenador es ejecutado en un ordenador.