[发明专利]垂直轴风力机旋转主轴振颤的机电协调抑制方法及装置

权利要求书

1.一种垂直轴风力机旋转主轴振颤的机电协调抑制方法，其特征是：包括以下步骤：

（1）实时获取旋转主轴的垂直倾角，所述垂直倾角包括主轴水平截面内正交的两个方向上的倾斜偏角值αx和αy；

（2）计算旋转主轴的振颤烈度K_v，所述振颤烈度定义为， 

（3）根据当前风速，计算风力发电机最大功率跟踪目标下的最优转速ω_op；

（4）根据旋转主轴振颤烈度，分析确定风力发电机的期望转速ω_g：

a）获取风力发电机的当前转速ω_c；

b）判断旋转主轴的振颤烈度是否超过预先设定的临界调控阈值Kt，

若是，进入步骤d）；

若否，进入步骤c）；

c）将最优转速ω_op确定为风力发电机的期望转速ω_g；

d）比较当前转速ω_c与最优转速ω_op的大小，

若|ω_c-ω_op|>ε，则将最优转速ω_op确定为风力发电机的期望转速ω_g；

若|ω_c-ω_op |≤ε，则将风力发电机的期望转速ω_g设定为低于最优转速ω_op； 

式中，ε为正实数，是代表当前转速ω_c与最优转速ω_op差异的一个数值量；

（5）由转速内环控制器驱使风力发电机的转速快速达到期望转速ω_g；

（6）判断旋转主轴的振颤烈度是否超过预先设定的最大安全调控阈值Ks以内，

若是，进入步骤（7）；

若否，返回步骤（1）；

（7）启动转速内环控制器的风力发电机反向电动制动功能，以及旋转主轴的电磁抱刹机构，使风力发电机的转速快速下降；

（8）发送故障停机信号，并等待复位重启指令。

2.根据权利要求1所述的垂直轴风力机旋转主轴振颤的机电协调抑制方法，其特征是：所述步骤10）中：通过旋转主轴顶端的静止部件上安装两轴倾角传感器获取垂直倾斜偏角值αx和αy。

3.根据权利要求1所述的垂直轴风力机旋转主轴振颤的机电协调抑制方法，其特征是：所述风力发电机为开关磁阻风力发电机。

4.根据权利要求3所述的垂直轴风力机旋转主轴振颤的机电协调抑制方法，其特征是：步骤（5）中转速内环控制器的快速转速调节方式为直接切断部分相绕组励磁的发电机升速方法或放开电流斩波限的发电机降速方法。

5.一种权利要求1所述的垂直轴风力机旋转主轴振颤的机电协调抑制方法的专用装置，其特征是：至少包括： 

两轴倾角传感器，安装于旋转主轴顶端的静止部件上，用于获取旋转主轴水平截面内正交的两个方向上的倾斜偏角值αx和αy；

转速传感器，安装于风力发电机的机身上，用于获取风力发电机的当前转速ω_c；

风速传感器，安装于垂直轴风电机组的工作现场，用于获取现场风速；

风力发电机，与垂直轴风力机旋转主轴同轴安装，用于机电能量转换和调节垂直轴风力机的转速；

电磁抱刹机构，与垂直轴风力机旋转主轴同轴安装，用于阻止垂直轴风力机的旋转；

转速内环控制器，用于控制风力发电机的转速，根据外环控制器给出的期望转速ω_g，以及转速传感器检测得到的当前转速ω_c，运用包括发电功率控制、反向电动制动技术在内的转速闭环控制算法，使得风力发电机的转速快速到达期望转速ω_g；

机电协调外环控制器，用于实时接收两轴倾角传感器、风速传感器、转速传感器信号，并由此，计算旋转主轴的振动烈度、最大功率跟踪目标下的最优转速ω_op，判断旋转主轴的振颤烈度相对于临界调控阈值和最大安全调控阈值的强弱程度，确定风力发电机的期望转速ω_g、反向电动制动指令、电磁抱刹指令、以及停机、复位信号。

6.根据权利要求5所述的垂直轴风力机旋转主轴振颤的机电协调抑制方法的专用装置，其特征是：所述风力发电机为开关磁阻风力发电机。