[發明專利]采用兩軸傾角傳感器的旋轉主軸振顫的機電協調抑制方法

無效

• 申請號: 201310222564.5
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN103291549A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 吳愛華;吳國慶;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

本申請是申請號：201210049193.0，申請日：2012.2.29，名稱“垂直軸風力機旋轉主軸振顫的機電協調抑制方法及裝置”的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種風力發電機組的機電一體化控制領域，具體涉及一種垂直軸風力機旋轉主軸振顫的機電協調智能抑制方法與裝置。

背景技術

垂直軸風力機除了在世界上少數地區建立了試驗性風場外，目前仍沒有大規模的推廣，但其優越的空氣動力學性能越來越引起各國研究人員的重視。

從結構上來說，垂直軸風力機的垂直旋轉主軸結構屬于高聳結構中的桅桿結構。由于高聳結構的主要特點是高度較高和水平方向的剛度較柔，因此水平荷載會引起較大的結構反應。此外，為了進一步提高垂直軸風力發電機的風能利用率，常在垂直軸風力機周身外側安裝能夠隨風向自導航轉動的集風罩，即迎風側加裝集風板，順風側加裝導航尾翼，如林燕山在專利CN2086318U提出的“垂直軸式風力機”、吳國慶等人在專利CN101649809提出的“垂直軸風力發電機用可自導航的聚風裝置”、岸浪紘機等人在專利JP特開2007-16661A提出的“直流型風車”等，進一步地提高了垂直軸風力機的柔性。

因此，在機械結構的高柔性和風荷載的隨機性共同作用下，垂直軸風力機主軸對風的作用特別敏感，常形成的風效應有：結構的順風向振動響應、結構的橫風向渦激振動、自激振動、參數振動等形態。而整機結構和安裝環境的復雜性，又導致對這些風效應固有頻率的精確測算異常困難。

另一方面，從機械學的角度上說，垂直旋轉主軸屬于轉子系統，其轉速與風力發電機電氣負載功率和風力機風能吸收的氣動力學特性相關聯。工程應用上，為了獲取風力機最大的風能吸收效率，風力發電機常采用轉速閉環控制，依據當前風速實時調節發電機的轉速，以使風力機垂直旋轉主軸所帶動的葉輪轉速與理論上的最大風能捕獲轉速相匹配。

為此，利用“風力發電機轉速閉環控制器可以有效地調節垂直旋轉主軸的轉速”這一基本方法，一些學者針對水平軸風力發電機組塔架的自振問題，提出了采用簡單地“降低風力機轉速”的手段來抑制現象的控制策略，如冬雷等人在專利CN201661421U提出的“風力發電塔架共振主動抑制裝置”、阿洛伊斯·沃本（德）在專利CN1270080C提出的“風力發電設備和控制其的方法”等。

但現有的“利用降低風力機轉速的手段來抑制塔架的自由振動”的方法過于保守，該方法降低了風力機的風能捕獲效率，甚至使得風力機始終無法達到某些風速工況下的最大風能捕獲轉速。而理論分析與風洞實驗表明，當某一風速激發垂直旋轉主軸發生自振時，提高和降低風力發電機的轉速均可抑制垂直旋轉主軸的自振現象。

另外，與水平軸風力發電機組塔架的自振抑制原理不同，垂直軸風力機旋轉主軸振顫的原因更加多樣，不僅有固有頻率自振，還有其他的風效應和機械主軸偏心等原因。因此，有必要研究設計一種垂直軸風力機旋轉主軸振顫的抑制方法，利用風力發電機轉速的主動快速調節方式，包括迅速地升高或降低風力機轉速，以提高此類風力發電系統工作的穩定性和效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可實時測算出主軸的當前振顫烈度，抑制主軸振顫，使得風力機在保持機械穩定的同時，盡可能地獲得最高的風能捕獲效率的采用兩軸傾角傳感器的旋轉主軸振顫的機電協調抑制方法。

本發明的技術解決方案是：

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；