磁悬浮偏航风电机组风能捕获
专利汇可以提供磁悬浮偏航风电机组风能捕获专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种应用于大中型磁悬浮 偏航 风 电机 组 风能 捕获方法，将 机舱 悬浮调控、偏航对风、侧偏保护以及发电机功率控制纳为一体，包括发电机的功率 跟踪 控制以及风机旋转体偏航控制两部分，实现额定风速下的风能最大捕获、额定风速上的侧偏保护和功率控制以及 切出风速 时的机组安全保护。因风速风向不同分别工作在悬浮风能捕获、无悬浮风能捕获以及机组安全保护三种工作模式，协同调控发电机的功率控制以及风机旋转体偏航，实现风能功率的安全捕获。本发明有效提高风机偏航和发电机功率控制 精度 、风能捕获效率以及风电机组风能捕获安全性。，下面是磁悬浮偏航风电机组风能捕获专利的具体信息内容。
1.磁悬浮偏航风电机组风能捕获是将机舱悬浮调控、偏航对风、侧偏保护以及发电机功率控制纳为一体的新型风能捕获方法，通过控制机舱旋转体悬浮力、偏航电磁转矩以及发电机电磁转矩，实现额定风速下的风能最大捕获、额定风速上的侧偏保护和功率控制以及切出风速时的机组安全保护，有效提高风机偏航和发电机功率控制精度、风能捕获效率以及风电机组风能捕获安全性，包括发电机的功率跟踪控制以及风机旋转体偏航控制两部分，所述发电机的功率控制是基于机侧变流器并协同风机偏航对风，实现基于优化风机转速的风能最大捕获以及基于额定转速的发电机恒功率控制；所述风机旋转体偏航包括机舱旋转体悬浮力控制和偏航，其中机舱旋转体悬浮力控制由H桥悬浮变流器、定子绕组以及悬浮永磁体共同完成，机舱旋转体偏航由双向PWM变流器、偏航盘式绕组以及定子绕组共同实现；所述磁悬浮风电机组的风能捕获因风速风向不同分别工作在悬浮风能捕获、无悬浮风能捕获以及机组安全保护三种工作模式，协同调控发电机的功率控制以及风机旋转体偏航，实现风能功率的安全捕获。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮偏航风电机组风能捕获，其特征是所述悬浮风能捕获主要应对额定风速以下的运行工况，发电机机侧变流器实现风能最大功率跟踪，机舱旋转体在悬浮状态下偏航迎风，包括数据采集、悬浮准备、悬浮气隙控制、主动迎风偏航、有效风速获取、发电机优化转速跟踪、偏航停机以及机舱旋转体降落，实现风机主动迎风下的最大功率捕获；所述无悬浮风能捕获主要应对额定风速以上工况，机舱旋转体在无悬浮状态下进行偏航摩擦转矩和回馈转矩的控制，包括偏航起动、偏航回馈、有效风速获取以及发电机恒功率控制，实现发电机额定功率捕获和侧偏保护并确保偏航和发电机的安全稳定性；所述机组安全保护主要应对切出风速工况，悬浮变流器提供反向电流，驱动定子绕组和永磁体产生悬浮吸力，固定机舱旋转体与悬浮支撑体和复合塔架为一体，确保风电机组停机安全。
3.根据权利要求1所述的磁悬浮偏航风电机组风能捕获，其特征是所述有效风速是确定悬浮风能捕获和无悬浮风能捕获两种工作方式的基础以及机侧变流器优化跟踪转速的设定关键，是由风速v和实时变化的偏航旋转角度θ基于vcosθ计算获取的；所述风速v采用基于风速风向仪测量的自然风速和风向、压力传感器测量的机舱旋转体压力、电流传感器测得的发电机输出电流以及编码器测得的发电机转速多数据融合技术而获取；所述偏航角度θ是采用偏航转速法和转矩观测法协调获取，偏航转速法是基于起始偏航角度θ0和偏航转速ω并根据θ1＝θ0-ωt实时计算获得；转矩观测法采用偏航负载转矩TL观测器实时观测负载转矩，并根据θ2＝arcsin[2(TL/r-mg)/(cρv2A)]获取，式中r为机舱旋转体回转半径、m为机舱旋转体质量、c为风能利用系数、ρ为空气密度、A为风机旋转扫略面积；上述两方法分别获取θ1和θ2，根据θ＝ρ1θ1+ρ2θ2获得实际的偏航角度θ，其中ρ1、ρ2分别为偏航转速法和转矩观测法的权值，且满足ρ1+ρ2＝1。
4.根据权利要求1所述的磁悬浮偏航风电机组风能捕获，其特征是所述悬浮准备是机舱旋转体悬浮控制以及偏航迎风前的必要前提，有效减小悬浮起动冲击引起的机组震颤、降低悬浮功耗，包括悬浮气隙δ和悬浮电流iμ的确定；所述偏航电磁转矩受悬浮气隙约束，机舱偏航过程最小悬浮气隙δmin可表示为 式中Farv为机舱旋转体自重以及
风力作用于机舱上端面的压力，可表示为 式中Fi为i压力传感器所测的
机舱旋转体i位置的压力，Lm为定子绕组和偏航盘式绕组之间的互感；悬浮电流iμ是在确定机舱压力Farv和最小悬浮气隙δmin的基础上求取，可表示为 式中k为悬浮力系
数。
5.根据权利要求1所述的磁悬浮偏航风电机组风能捕获，其特征是所述悬浮气隙控制采用基于悬浮气隙参考的PID闭环控制实现，是机舱旋转体偏航运行前提；所述主动迎风偏航是基于转子磁链定向解耦策略将偏航盘式绕组电流解耦成转矩电流和励磁电流，采用基于偏航转速参考的PI外环控制以及基于电流内环双闭环控制策略实现的，其中转速外环给出了转矩电流内环的参考输入，而励磁电流环的参考则设为0，确保轴径向磁场解耦；所述偏航转速参考ωyref为恒定小转速，以确保偏航运行时机组安全与稳定性；所述机侧变流器最大功率跟踪是实现风能捕获的关键，首先根据有效风速vcosθ获取发电机的优化转速参考ωgref，然后采用基于PI转速闭环控制实现ωgref的跟踪，实现风机最大功率捕获。
6.根据权利要求1所述的磁悬浮偏航风电机组风能捕获，其特征是所述偏航起动是由悬浮变流器调节偏航摩擦转矩实现的无回馈偏航迎风，控制悬浮变流器电流改变定子绕组悬浮力实现机舱旋转体在球柱式引导环带指引下恒转速ωyref偏航，完成偏航摩擦转矩调控；偏航控制机制为 其中Tw为风机偏航转矩，表示为Tw＝0.5cρv2A sinθ·r，
Ttf为回转力矩，表示为Ttf＝Farv·r，Tr为偏航摩擦力矩，表示为Tr＝(Farv-FM)·μ·r，FM为悬浮斥力，表示为Fm＝NaLm0HcdN2i2/(d/μp+δ)2，Na是悬浮绕组极数，Lm0为悬浮绕组和永磁体之间互感，Hc是永磁体矫顽力，d是永磁体厚度，N2i2为悬浮绕组安匝数，μp为永磁体磁导率。
7.根据权利要求1所述的磁悬浮偏航风电机组风能捕获，其特征是所述偏航回馈转速控制是在偏航起动基础上进一步增大悬浮力，并在偏航变流器协同控制下，实现偏航回馈转速控制；偏航回馈控制机理为 Te为电磁回馈转矩，表示为Te＝
1.5npLmifiq；偏航回馈控制首先增大悬浮绕组中悬浮电流，加大悬浮斥力逐步减小偏航摩擦转矩，同时增大偏航回馈电磁转矩，直至悬浮斥力等于机舱重力，机舱旋转体与悬浮支撑体无偏航摩擦，此时偏航回馈功率最大，回馈功率的增加量与摩擦功率的减小量可动态表示为Ptf＝fN·r·ω；偏航转速完全由偏航变流器的回馈制动转矩完全调控实现。
8.根据权利要求1所述的磁悬浮偏航风电机组风能捕获，其特征是所述发电机恒功率控制是应对额风速以上工况，协调风机偏航而实现风机额定功率的捕获，可分为有效风速在额定风速以上的恒功率控制和有效风速在额定风速以下的恒功率控制，其中有效风速在额定风速以上恒功率控制是为保护发电机安全，将发电机转速参考设定为额定转速ωgN，控制机侧变流器输出电流，使发电机转速严格跟踪额定转速，实现发电机输出额定功率和能量回馈；有效风速在额定风速以下恒功率控制过程与机侧变流器的最大功率跟踪控制方法完全相同，机侧变流器基于有效风速获取的发电机的优化跟踪速度，控制机侧变流器输出电流，调控偏航电机电磁转矩，实现优化转速跟踪而实现的。
9.根据权利要求1所述的磁悬浮偏航风电机组风能捕获，其特征是所述机组安全保护主要应对切出速工况，驱动悬浮变流器产生反向电流，与机舱旋转体永磁体产生悬浮吸力，将机舱旋转体与悬浮支撑体固定一起，确保风电机组极端恶劣工况下的不发生倾覆和坠落。
10.根据权利要求1所述的磁悬浮偏航风电机组风能捕获，其特征是所述主控制CPU为DSP28035，其内置高速16位AD，实时采集风速风向仪、电流互感器、电压互感器、气隙传感器、光电编码器以及压力传感器，其中风速风向仪采集风速和风向；电流互感器采集机侧变流器输出电流；电压互感器采集机侧变流器输出母线电压；气隙传感器采集机舱悬浮气隙高度；光电编码器采集发电机转速和偏航转速；压力传感器采集复合塔架不同位置机舱旋转体压力；DSP28035基于上述实时数据分别获取不同工作方式以及H桥变流器、机侧变流器以及偏航变流器的占空比，调控系统整体风能捕获。
磁悬浮偏航风电机组风能捕获
技术领域
背景技术
发明内容
航盘式绕组之间的互感；悬浮电流iμ是在确定机舱压力Farv和最小悬浮气隙δmin的基础上求取，可表示为 式中k为悬浮力系数。
风机偏航转矩，表示为Tw＝0.5cρv Asinθ·r；Ttf为回转力矩，表示为Ttf＝Farv·r；Tr为偏航摩擦力矩，表示为Tr＝(Farv-FM)·μ·r；Fm为控制的悬浮力，表示为Fm＝NaLm0HcdN2i2/(d/μp+δ)2，其中Na是悬浮绕组极数，Lm0为悬浮绕组和永磁体之间互感，Hc是永磁体矫顽力，d是永磁体厚度，N2i2为悬浮绕组安匝数，μp为永磁体磁导率。FM的大小可经由悬浮支撑体定子绕组电流实现，不需起动偏航变流器而实现机舱无悬浮状态平稳偏航起动，有效消除了风力偏航转矩过大所致的偏航转速超调问题，大幅降低了较大的偏航起动回馈电流对机舱旋转体稳定性影响问题。
具体实施方式
vA)]获取，上述两方法分别获取θ1和θ2，然后根据θ＝ρ1θ1+ρ2θ2获得实际的偏航角度θ。机舱旋转体支撑力Farv是由悬浮支撑体上均匀排列的八个压力传感器测量其位置点压力，并根据式 求取平均值所得。
力Farv和最小悬浮气隙δmin，并根据式 获取；最后根据偏航负载转矩以及定子绕组悬浮电流，根据式计算机舱偏航三相参考电流，为悬浮控制和主动迎风偏航做准备。
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