[發明專利]風力磁懸浮偏航系統懸浮繞組分割和多端懸浮控制方法

有效

• 申請號: 202110266089.6
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN112943533B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 褚曉廣;馬驄;蔡彬;宗廣燈;李文玉
• 申請（專利權）人: 曲阜師范大學
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00;G06N3/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種風力磁懸浮偏航系統懸浮繞組分割和多端懸浮控制方法，將風力機艙下轉子繞組等分為槳葉側繞組、尾翼側繞組、翻滾前側繞組和翻滾后側繞組，并由四個懸浮變流器獨立控制，實現機艙軸向懸浮和俯仰、翻滾抑制，構建風機偏航系統的三自由度懸浮模型，采用坐標變換法將其轉換成多端氣隙懸浮動態模型，設計了一種主從多端復合懸浮控制策略，包括主跟蹤額定控制器、RBF神經網絡不確定項補償器、自適應同步跟蹤控制器，有效消除了多端懸浮模型不確定項以及外界不確定干擾對懸浮同步、跟蹤性能的影響。本發明將極大提高機艙懸浮穩定、干擾抑制以及多端同步跟蹤性能，提升風機磁懸浮偏航系統對風精度和捕獲功率。

技術領域

本發明涉及風力磁懸浮偏航系統懸浮繞組分割和多端懸浮控制方法，尤其是應用于水平軸風力發電系統機艙穩定懸浮后偏航對風，解決外界時變風干擾，以及槳葉側和尾翼側迎風面積差異所導致機艙易翻滾、俯仰的問題，屬于風力發電磁懸浮領域。

背景技術

風機偏航裝置為大中型水平軸風力發電系統關鍵組件，可實現風機槳葉正面迎風，提升風能捕獲功率，但較重風機機艙以及多電機多齒輪偏航傳動機制，往往導致風機偏航功耗大、故障率高、對風精度差等問題，為此曲阜師范大學新能源研究所提出了風力磁懸浮偏航系統，極大降低機艙偏航功耗。專利201811023598進行了關于系統結構參數變化對懸浮性能影響的研究，但僅考慮了機艙軸向懸浮，但僅考慮機艙軸向懸浮，但實際上風機機艙一般工作在80米高的塔架上，風機懸浮系統本質是非線性和不穩定性系統，特別是槳葉側和尾翼側迎風面積差異，極易導致機艙俯仰，僅考慮機艙軸向懸浮無法確保機艙懸浮穩定，嚴重影響風力機艙偏航穩定和懸浮氣隙穩定，專利201811022690進行了基于主被動控制的風力機艙兩點磁懸浮研究，實現機艙軸向懸浮穩定，俯仰運動有效抑制，但實際風力機艙運行中不僅受俯仰力矩影響，同時還受側向來風影響存在翻滾力矩，風機機艙懸浮后存在軸向、俯仰及旋轉等多自由度運動，同時多自由度運行存在較大耦合和非線性問題，各端變流器結構參數不可避免的存在差異、機艙懸浮過程中較大的懸浮功率會放大各端結構參數的差異，嚴重制約風機機艙的懸浮穩定性以及偏航對風精確度。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提出了風力磁懸浮偏航系統懸浮繞組分割和多端懸浮控制方法，其特征在于：風力機艙的懸浮由盤式電機轉子繞組完成，所述轉子繞組按照等分原則分成槳葉側繞組、尾翼側繞組、翻滾前側繞組、翻滾后側繞組，四端繞組產生懸浮合力，軸向懸浮機艙；所述槳葉側繞組和所述尾翼側繞組產生差額力，用于抑制機艙俯仰，所述翻滾前側繞組和所述翻滾后側繞組產生的差額力，用于抑制機艙翻滾；所述四端繞組分別與四端Buck變流器電氣聯結，四端繞組每端各設置一個氣隙傳感器，測量機艙的四端懸浮高度；所述四端繞組電流分別由所述四端Buck變流器控制，磁懸浮系統的四端繞組電流采用主額定跟蹤控制和非線性從補償控制，協同完成繞組電流參考設定；所述繞組電流參考跟蹤控制由Buck變流器獨立完成；所述主額定跟蹤控制采用狀態反饋方法快速獲得懸浮主導項；所述非線性從補償控制采用RBF神經網絡及自適應同步控制對不確定部分進行逼近補償，確保機艙四端同步懸浮。包括以下步驟：

步驟1構建風力機艙的俯仰、翻滾和軸向的三自由度懸浮模型

式中，ω₁、ω₂分別為機艙的俯仰角速度和翻滾角速度，分別為機艙的俯仰角和翻滾角，T_S1、T_S2分別為機艙俯仰干擾和翻滾干擾，μ₀為真空磁導率，N為各側懸浮繞組匝數，S為磁極面積，δ_i(i＝1，2，3，4)為各側懸浮氣隙，i_i為各側懸浮繞組電流，J_m為機艙俯仰和翻滾轉動慣量，m為機艙懸浮質量，g為重力加速度，B為阻尼系數，δ₀為機艙質心懸浮氣隙，f_d為機艙軸向干擾，R為機艙旋轉半徑。

對于(1)式中的干擾T_s1、T_s2、f_d，可由動量定理求得