[发明专利]磁悬浮偏航风电机组风能捕获

说明书

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。

技术领域

本发明涉及一种应用于大中型风电机组实现风能最大捕获、侧偏保护以及机组安全保护的风能捕获方法，尤其是将可精确对风的磁悬浮偏航系统和发电机功率调控纳为一体的风能捕获方法，有效提高风能捕获效率以及风能捕获安全性。

背景技术

随着化石燃料日益枯竭、环境污染日趋严重，风力发电因其严格无污染受到各国科研人员的高度关注。但风能波动性以及间歇性问题严重影响电网稳定性以及负荷供电质量，甚至危害电网安全，而风能捕获可显著提高风能利用，是解决上述问题的有效途径，对风力发电产业化发展具有重要意义。

传统风电系统的风能捕获包括最大功率跟踪和发电机功率控制，最大功率跟踪采用机侧变流器对发电机转速进行控制，同时采用偏航实现风机正面迎风，但上述两方法一般独立完成，发电机跟踪转速对应于风向传感器测得风速，而非偏航所致有效风速，降低了发电机捕获功率。同时风速波动以及风速风向仪测量误差往往导致发电机跟踪转速并非最优值，虽然相关文献采用扰动寻优用以补偿发电机输出功率偏差，但导致了发电机输出功率波动，无形增加电网调度难度。同时，风速风向的随机波动也极易导致风机桨叶的侧偏，极大降低了风能捕获，偏航装置是解决上述问题的关键装置，但传统偏航装置普遍采用多电机齿轮耦合技术，存在结构复杂、故障率高等问题，尤其较大的摩擦损耗常使风机偏航功耗加大。另外，风机偏航速度一般设置较慢以确保风机整体安全，而发电机转速参考是基于风速仪所测自然风速，而非实际偏航迎风所获取的有效风速，无法真正实现最大功率跟踪。而额定风速以上工况，传统风电机组通常采用变桨距控制和偏航控制相结合的方法，但此时偏航负载转矩一般较大，较大的偏航启动电流极易导致偏航电机和齿轮传动损坏，严重影响偏航风机机组的稳定和安全。

发明内容

本发明的技术任务是针对上述技术中存在的不足，提供一种应用于大中型磁悬浮偏航风电机组的风能捕获方法，以实现风能最大捕获、侧偏保护以及机组安全保护。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：磁悬浮偏航风电机组的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。包括发电机功率控制以及风机旋转体偏航控制两部分，所述发电机功率控制是基于机侧变流器和风机偏航，共同实现发电机优化转速跟踪的风能最大捕获以及发电机额定转速跟踪的恒功率控制；所述风机旋转体偏航包括机舱旋转体悬浮控制和偏航控制，其中机舱旋转体悬浮控制由H桥悬浮变流器、定子绕组以及悬浮永磁体共同完成，机舱旋转体偏航控制由双向PWM变流器、偏航盘式绕组以及定子绕组共同实现。因风速风向不同，磁悬浮风电机组分别工作悬浮风能捕获、无悬浮风能捕获以及机组安全保护三种工作模式，协同调控发电机功率控制以及风机旋转体偏航，确保风能功率的安全捕获。