[發明專利]低風速雙電機型磁懸浮垂直軸風電機組及其控制方法

在審

• 申請號: 201811349735.X
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109306934A
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 蔡彬;孫晨;褚曉廣;閆紹敏;丁鈺;柯健龍
• 申請（專利權）人: 曲阜師范大學
• 主分類號: F03D9/11
• 分類號: F03D9/11;F03D3/00;F03D3/06;F03D15/20;F03D7/06;H02N15/00;F03D80/70
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本發明低風速雙電機型磁懸浮垂直軸風電機組及其控制方法，屬風電領域。該風電機組包括永磁直驅型風力發電機、磁懸浮盤式電機、風輪、槳矩調節電機、外殼、塔架和變流器系統等。變流器包括機側變流器、網側變流器、懸浮變流器、盤式電機轉子側變流器、槳矩變流器。風速小于額定風速時，懸浮變流器實施懸浮控制，使風電機組的旋轉體上升至并保持在懸浮平衡點，機側變流器對永磁直驅發電機實施MPPT控制，網側變流器實現并網。風速大于額定風速小于切出風速時，懸浮變流器實施旋轉阻尼控制，槳矩變流器實施槳矩控制，機側變流器實施恒功率控制。本發明結構巧妙、控制簡便，風能利用率高，可實現低風速啟動及大功率輸出，尤其適合于弱風型風電場。

技術領域

本發明涉及一種風力發電機組，尤其是一種低風速雙電機型磁懸浮垂直軸風電機組及其控制方法，屬于風電領域。

背景技術

目前大功率風力發電機以水平軸風力發電機為主流產品。但水平軸風力發電機存在需要偏航對風、啟動阻力矩大(啟動風速2.5～5m/s)、控制復雜困難、安裝不便、成本高等固有缺陷，影響其健康發展，尤其難以滿足弱風型風電場的低風速啟動要求。

垂直軸風力發電機因無需偏航裝置，具有啟動風速低、安裝簡便等優勢，已在中小功率等級風力發電機中得以應用。而磁懸浮垂直軸風力發電機因為無機械摩擦，大大降低了啟動阻力矩，因而可進一步降低起動風速，是未來風電發展的重點方向。

但現有磁懸浮垂直軸風力發電機幾乎均采用磁懸浮軸承(包括主被動磁懸浮軸承和混合式磁懸浮軸承等)實現懸浮，結構復雜，控制難度大，采風面積小，限制了風能的利用，使得發電功率小、成本高，因而急需研發適應弱風型風電場發展需要的大功率低風速垂直軸風力發電機組。

發明內容

本發明的主要目的在于：針對現有技術中存在的缺陷或不足，提供一種結構巧妙、控制簡單、風能利用率高、功率大的低風速雙電機型磁懸浮垂直軸風電機組。

為了達到以上目的，本發明低風速雙電機型磁懸浮垂直軸風電機組，包括：永磁直驅型風力發電機、磁懸浮盤式電機、風輪、槳矩調節電機、氣隙傳感器、上端軸承、下端軸承、外殼、塔架和變流器控制系統。

所述永磁直驅型風力發電機包括定子和轉子；所述定子套裝在所述塔架的外圓周上，并與所述塔架固定，所述定子包括定子鐵芯和定子繞組，所述定子繞組為三相繞組；所述轉子為外轉子，套在所述定子外側，所述轉子包括轉子鐵芯和永磁體，所述永磁體與所述轉子鐵芯的表面固定，所述轉子鐵芯與所述外殼的內側面固定。

所述磁懸浮盤式電機位于所述永磁直驅型風力發電機的下方，包括盤式定子、盤式轉子和螺紋圓盤；所述盤式定子由盤式懸浮鐵芯和懸浮繞組組成，所述懸浮繞組為直流勵磁繞組，所述盤式懸浮鐵芯與所述螺紋圓盤固定，所述螺紋圓盤與所述塔架固定，所述氣隙傳感器貼裝在所述盤式懸浮鐵芯表面；所述盤式轉子包括盤式轉子鐵芯和盤式轉子繞組，所述盤式轉子繞組為三相繞組，所述盤式轉子鐵芯與所述外殼的底部固定。

所述風輪包括橫向支架和葉片，所述橫向支架的一端與所述葉片固定，另一端穿過所述外殼與所述槳矩調節電機的轉軸固定，所述槳矩調節電機與所述外殼的內側面固定。

所述上端軸承位于所述外殼的頂部中央內側，套裝在所述塔架的外圓周上，且與所述塔架的頂端固定；所述下端軸承位于所述外殼的底部中央內側，套裝在所述塔架的外圓周上，與所述塔架固定。

所述變流器控制系統包括機側變流器、網側變流器、懸浮變流器、盤式電機轉子側變流器、槳矩變流器和蓄電池；所述機側變流器的一端與所述永磁直驅型風力發電機的定子繞組相連，另一端分別與所述網側變流器和所述懸浮變流器相連；所述網側變流器的另一端通過變壓器與電網相連；所述懸浮變流器的另一端與所述磁懸浮盤式電機的懸浮繞組相連；所述盤式電機轉子側變流器的一端與所述磁懸浮盤式電機的盤式轉子繞組相連，另一端分別與所述槳矩變流器和所述蓄電池相連；所述槳矩變流器的另一端與所述槳矩調節電機相連，控制槳矩角。