[發明專利]垂直軸風力機旋轉主軸振顫的機電協調抑制方法及裝置

無效

• 申請號: 201210049193.0
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN102644549A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 吳國慶;吳愛華;茅靖峰;張旭東;曹陽;周井玲;肖龍雪
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: F03D7/06
• 分類號: F03D7/06
• 代理公司: 南通市永通專利事務所 32100
• 代理人: 葛雷

1.一種垂直軸風力機旋轉主軸振顫的機電協調抑制方法，其特征是：包括以下步驟：

（1）實時獲取旋轉主軸的垂直傾角，所述垂直傾角包括主軸水平截面內正交的兩個方向上的傾斜偏角值αx和αy；

（2）計算旋轉主軸的振顫烈度K_v，所述振顫烈度定義為，?

（3）根據當前風速，計算風力發電機最大功率跟蹤目標下的最優轉速ω_op；

（4）根據旋轉主軸振顫烈度，分析確定風力發電機的期望轉速ω_g：

a）獲取風力發電機的當前轉速ω_c；

b）判斷旋轉主軸的振顫烈度是否超過預先設定的臨界調控閾值Kt，

若是，進入步驟d）；

若否，進入步驟c）；

c）將最優轉速ω_op確定為風力發電機的期望轉速ω_g；

d）比較當前轉速ω_c與最優轉速ω_op的大小，

若|ω_c-ω_op|>ε，則將最優轉速ω_op確定為風力發電機的期望轉速ω_g；

若|ω_c-ω_op?|≤ε，則將風力發電機的期望轉速ω_g設定為低于最優轉速ω_op；?

式中，ε為正實數，是代表當前轉速ω_c與最優轉速ω_op差異的一個數值量；

（5）由轉速內環控制器驅使風力發電機的轉速快速達到期望轉速ω_g；

（6）判斷旋轉主軸的振顫烈度是否超過預先設定的最大安全調控閾值Ks以內，

若是，進入步驟（7）；

若否，返回步驟（1）；

（7）啟動轉速內環控制器的風力發電機反向電動制動功能，以及旋轉主軸的電磁抱剎機構，使風力發電機的轉速快速下降；

（8）發送故障停機信號，并等待復位重啟指令。

2.根據權利要求1所述的垂直軸風力機旋轉主軸振顫的機電協調抑制方法，其特征是：所述步驟10）中：通過旋轉主軸頂端的靜止部件上安裝兩軸傾角傳感器獲取垂直傾斜偏角值αx和αy。

3.根據權利要求1所述的垂直軸風力機旋轉主軸振顫的機電協調抑制方法，其特征是：所述風力發電機為開關磁阻風力發電機。

4.根據權利要求3所述的垂直軸風力機旋轉主軸振顫的機電協調抑制方法，其特征是：步驟（5）中轉速內環控制器的快速轉速調節方式為直接切斷部分相繞組勵磁的發電機升速方法或放開電流斬波限的發電機降速方法。

5.一種權利要求1所述的垂直軸風力機旋轉主軸振顫的機電協調抑制方法的專用裝置，其特征是：至少包括：?

兩軸傾角傳感器，安裝于旋轉主軸頂端的靜止部件上，用于獲取旋轉主軸水平截面內正交的兩個方向上的傾斜偏角值αx和αy；

轉速傳感器，安裝于風力發電機的機身上，用于獲取風力發電機的當前轉速ω_c；

風速傳感器，安裝于垂直軸風電機組的工作現場，用于獲取現場風速；

風力發電機，與垂直軸風力機旋轉主軸同軸安裝，用于機電能量轉換和調節垂直軸風力機的轉速；

電磁抱剎機構，與垂直軸風力機旋轉主軸同軸安裝，用于阻止垂直軸風力機的旋轉；

轉速內環控制器，用于控制風力發電機的轉速，根據外環控制器給出的期望轉速ω_g，以及轉速傳感器檢測得到的當前轉速ω_c，運用包括發電功率控制、反向電動制動技術在內的轉速閉環控制算法，使得風力發電機的轉速快速到達期望轉速ω_g；

機電協調外環控制器，用于實時接收兩軸傾角傳感器、風速傳感器、轉速傳感器信號，并由此，計算旋轉主軸的振動烈度、最大功率跟蹤目標下的最優轉速ω_op，判斷旋轉主軸的振顫烈度相對于臨界調控閾值和最大安全調控閾值的強弱程度，確定風力發電機的期望轉速ω_g、反向電動制動指令、電磁抱剎指令、以及停機、復位信號。

6.根據權利要求5所述的垂直軸風力機旋轉主軸振顫的機電協調抑制方法的專用裝置，其特征是：所述風力發電機為開關磁阻風力發電機。?