专利汇可以提供低风速大功率磁悬浮垂直轴风电机组及其控制方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 低 风 速大功率磁悬浮垂直轴风 电机 组及其控制方法,属于风电领域。该风电机组包括永磁直驱型 风 力 发电机、磁悬浮 盘式电机 、风轮、气隙 传感器 、上端 轴承 、下端轴承、 外壳 、 塔架 、变流器系统、 接触 器和储能设备等。变流器系统包括机侧变流器、网侧变流器、悬浮变流器。风速小于额定风速时,悬浮变流器实施悬浮控制,使风电机组的旋转体上升至并保持在悬浮平衡点,机侧变流器对永磁直驱发电机实施MPPT控制,网侧变流器实现并网。风速大于额定风速小于 切出风速 时,悬浮变流器实施旋转阻尼控制,机侧变流器对永磁直驱发电机实施恒功率控制。本发明结构巧妙、控制简便, 风能 利用率高,可实现低风速启动及大功率输出,尤其适合于弱风型风 电场 。,下面是低风速大功率磁悬浮垂直轴风电机组及其控制方法专利的具体信息内容。
1.低风速大功率磁悬浮垂直轴风电机组,其特征在于,包括:永磁直驱型风力发电机、磁悬浮盘式电机、风轮、气隙传感器、上端轴承、下端轴承、外壳、塔架、变流器系统、接触器和储能设备;
所述永磁直驱型风力发电机包括定子和转子;所述定子套装在所述塔架的外圆周上,并与所述塔架固定,所述定子包括定子铁芯和定子绕组,所述定子绕组为三相绕组;所述转子为外转子,套在所述定子外侧,所述转子包括转子铁芯和永磁体,所述永磁体与所述转子铁芯的表面固定,所述转子铁芯与所述外壳的内侧面固定;
所述磁悬浮盘式电机位于所述永磁直驱型风力发电机的下方,包括盘式定子、盘式转子和螺纹圆盘;所述盘式定子由盘式定子铁芯和盘式定子绕组组成,所述盘式定子绕组为三相绕组,所述盘式定子铁芯与所述螺纹圆盘固定,所述螺纹圆盘与所述塔架固定,所述气隙传感器贴装在所述盘式定子铁芯表面;所述盘式转子为永磁体转子,与所述外壳的底部固定;
所述风轮包括第一风轮和第二风轮;所述第一风轮包括横向支架和第一叶片,所述横向支架的一端与所述第一叶片固定,另一端与所述外壳的侧面固定;所述第二风轮包括纵向支架和第二叶片,所述纵向支架的一端与所述第二叶片固定,另一端与所述外壳的顶部固定;
所述上端轴承位于所述外壳的顶部中央内侧,套装在所述塔架的外圆周上,且与所述塔架的顶端固定;所述下端轴承位于所述外壳的底部中央内侧,套装在所述塔架的外圆周上,与所述塔架固定;
所述变流器系统包括机侧变流器、网侧变流器、悬浮变流器;所述机侧变流器的一端与所述永磁直驱型风力发电机的定子连接,另一端分别与所述网侧变流器和所述接触器连接;所述网侧变流器的另一端通过变压器与电网连接;所述悬浮变流器的一端与所述磁悬浮盘式电机的盘式定子连接,另一端分别与所述储能设备和所述接触器的另一端连接;
所述永磁直驱型风力发电机的转子、所述磁悬浮盘式电机的盘式转子、所述风轮以及所述外壳统称为旋转体。
2.一种如权利要求1所述的低风速大功率磁悬浮垂直轴风电机组的控制方法,其特征在于,采用如下步骤:
步骤1,启动准备:当风速Vw达到切入风速Vin时,启动所述悬浮变流器,由所述储能设备给所述悬浮变流器提供直流电源,此时,所述悬浮变流器处于逆变状态,所述悬浮变流器输出的三相电流ia、ib、ic经abc/dq坐标变换,得到所述盘式定子的d轴电流分量id和q轴电流分量iq,调节id,使所述盘式定子产生的电磁吸力fe增大,直至使所述旋转体开始上升;
步骤2,最大功率点跟踪控制:当风速Vw处于切入风速Vin和额定风速VN之间时,即:Vin
盘式定子的q轴电流分量给定值iq=0,将此iq与其实际测量值iq之差经过PI调节器得到所述盘式定子的q轴电压分量给定值uq*;ud*和uq*经dq/αβ坐标变换得到uα*和uβ*,送入SVPWM模块调制后产生驱动信号,控制所述悬浮变流器产生所需的励磁电压ua、ub、uc和电流ia、ib、ic,使所述旋转体保持在悬浮平衡点;
另一方面,所述永磁直驱型风力发电机在风力作用下开始发电,由所述机侧变流器对所述永磁直驱型风力发电机实施有功功率的最大功率点跟踪控制,由所述网侧变流器实现并网;
步骤3,恒功率输出控制:当风速Vw处于额定风速VN和切出风速Vout之间时,即:VN
32)如果风速Vw继续增大,即:VS≤Vw≤Vout,则所述悬浮变流器采用零d轴电流控制策*
略,即令id=0,从而使所述盘式定子产生的电磁吸力fe降至0,所述外壳将完全降落在所述塔架上,此时摩擦阻力矩Tf达到最大值,使旋转阻尼增大;同时控制所述机侧变流器,按运动方程对所述永磁直驱型风力发电机的转速实施控制,进而确保所述永磁直驱型风力发电机输出额定功率;此时所述磁悬浮盘式电机处于发电状态,通过所述悬浮变流器向电网输送电能;由所述网侧变流器实现并网。
3.根据权利要求2所述低风速大功率磁悬浮垂直轴风电机组的控制方法,其特征在于,所述步骤3中的摩擦阻力矩为:
Tf=f×R=kF×R
式中,f为所述外壳与所述塔架之间的摩擦力,R为塔架半径,k为摩擦系数,F为所述旋转体作用在所述塔架上的垂直方向上的合力,且有F=mg-fe-fpm,其中mg为所述旋转体的重力,fe为所述盘式定子产生的电磁吸力,fpm为所述盘式转子产生的电磁吸力。
4.根据权利要求2所述低风速大功率磁悬浮垂直轴风电机组的控制方法,其特征在于,所述步骤3中的运动方程为:
式中,Tm为风力作用于所述风轮而产生的风轮转矩,为所述第一风轮转矩Tm1和所述第二风轮转矩Tm2之和,Te1为所述永磁直驱型风力发电机的电磁转矩,Te2为所述磁悬浮盘式电机的电磁转矩,Tf为摩擦阻力矩,J为所述旋转体的转动惯量,ωm为所述旋转体的机械角速度。
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