[发明专利]一种大功率风力发电机用可控型集成磁齿轮箱的控制方法

权利要求书

1.一种大功率风力发电机用可控型集成磁齿轮箱的控制方法，所述可控型集成磁齿轮箱包括第一级可控型集成同轴磁齿轮、第二级同轴磁齿轮、第三级同轴磁齿轮；所述可控型集成同轴磁齿轮包括第一外转子磁齿轮、第一内转子磁齿轮和调磁定子；所述调磁定子包括调磁铁芯块和电枢绕组，所述电枢绕组嵌放在所述调磁铁芯块之间，并与调磁定子变流器连接；所述第一级可控型集成同轴磁齿轮的主动轴与风轮主轴连接，其从动轴与所述第二级同轴磁齿轮的主动轴相连；所述第二级同轴磁齿轮的从动轴与所述第三级同轴磁齿轮的主动轴相连，所述第三级同轴磁齿轮的从动轴与风力发电机的转轴固定；其特征在于：采用如下步骤：

步骤1，当风速V_W达到切入风速后，启动所述调磁定子变流器，按电磁转矩方程调节调磁定子电流，产生适当的电磁转矩T_e，与风轮转矩T_W一起驱动所述第一外转子磁齿轮旋转，实现低风速启动；

步骤2，当风速V_W大于切入风速低于额定风速，所述调磁定子变流器按电磁转矩方程改变调磁定子电流以调节调磁定子电流产生的电磁转矩T_e，进而按运动方程控制所述风轮的转速ω；

步骤3，当风速V_W超过额定风速，所述调磁定子变流器使调磁定子电流减小，其产生的电磁转矩T_e随之降低；当风速继续增大，则使调磁定子电流反向，从而产生反向电磁转矩T_e，按电磁转矩方程改变调磁定子电流以调节调磁定子电流产生的电磁转矩T_e，进而按运动方程辅助控制所述风轮的转速ω维持在其额定转速，辅助实现风力发电机恒功率输出；

步骤4，当风速V_W超过切出风速，则所述调磁定子变流器继续增大所述调磁定子的反向电流，以提供足够的反向电磁转矩T_e，使得所述风轮的转速ω大大降低，辅助风电机组的刹车系统刹车；

步骤5，当电网侧发生低电压故障时，所述调磁定子变流器使所述调磁定子的电流反向，从而产生反向电磁转矩T_e，按电磁转矩方程调节调磁定子电流大小，进而按运动方程控制所述风轮的转速ω使之降低，以降低风力发电机的转速和输出功率，实现低电压穿越。

2.根据权利要求1所述的一种大功率风力发电机用可控型集成磁齿轮箱的控制方法，其特征在于，所述步骤1、步骤2、步骤3和步骤5中的电磁转矩方程为：

式中，i_sd、i_sq分别为所述调磁定子电流的d轴分量和q轴分量，ψ_sd、ψ_sq、ψ_o1分别为所述调磁定子磁链的d轴分量、q轴分量以及所述第一外转子磁齿轮的磁链，P_s1为所述电枢绕组的极对数。

3.根据权利要求1所述的一种大功率风力发电机用可控型集成磁齿轮箱的控制方法，其特征在于，所述步骤2、步骤3和步骤5中运动方程为：

式中，T_e为所述调磁定子电流产生的电磁转矩，T_Leq为折算到所述第一主动轴的等效负载转矩，J_eq为折算到所述第一主动轴的等效转动惯量，ω为所述风轮的角速度，T_W为所述风轮提供的风轮转矩，按下式计算：

式中，ρ为空气密度，R为风轮转动半径，V_W为风速，C_t为转矩系数。