[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

说明书

本发明涉及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，属于风力发电领域。该可控型集成磁齿轮箱包括三级同轴磁齿轮，其中第一级为可控型集成同轴磁齿轮，它包括外转子磁齿轮、内转子磁齿轮和调磁定子等，调磁定子包括调磁铁芯块和电枢绕组，电枢绕组与调磁定子变流器连接；调磁定子变流器通过控制电枢绕组电流的大小和方向，进而灵活改变其产生的电磁转矩的大小和方向，以控制风轮转速，可辅助实现风力发电机低风速启动、恒功率输出、低电压穿越，同时可辅助刹车。本发明可辅助控制风力发动机转速，同时可使刹车更为轻便，减小刹车对风电机组的机械冲击，可大大降低对风电机组的刹车系统的要求，提高机组寿命，降低运维成本。

技术领域

本发明涉及一种风电齿轮箱的控制方法，尤其是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，属于风力发电技术领域。

背景技术

双馈型风力发电系统主要由风轮、齿轮箱、双馈型发电机(DFIG)、变流器系统等构成。DFIG是一个高速、体积小的发电机，由于风轮低转速运行，因此通常采用高增速比的齿轮箱把较低的风轮转速提升到高速的发电机转子转速。

半直驱型永磁风力发电系统采用低增速比的齿轮箱，以提高发电机的转速，从而使得半直驱型风力发电机的体积缩小。

鉴于目前风电齿轮箱存在上述缺陷，直驱型永磁风力发电系统不采用齿轮箱，但这导致直驱型永磁风力发电机体积大、笨重，且随着海上风电的发展，这种风力发电机的容量越来越大，其体积和重量必然越来越大，不能满足海上风电轻量化、小型化的要求。如果新型齿轮箱克服了上述缺陷，则风力发电系统即可选用新型齿轮箱+高速永磁风力发电机，从而实现海上风电机组轻量化、小型化的目标。

但现有齿轮箱采用机械齿轮啮合，需要复杂的注油润滑系统，体积大、笨重、成本高、噪声大、故障率高，需要定期维护；一旦发生故障，则维修费用高昂、停机时间长，带来巨大经济损失。此外，双馈型风力发电系统和半直驱型风力发电系统的主要损耗来源于齿轮箱和变流器系统，其中有65％左右的系统损耗来源于齿轮箱。因此，迫切需要研发新型齿轮箱，以期降低系统的成本、损耗以及运维费用，提高系统运行性能及其可靠性。

磁齿轮具有物理隔离的特性，无机械接触，因而具有无磨损、免维护、无噪声、无需润滑、能够过载保护等优势，近年来得到越来越多的重视和应用。但现有磁齿轮传输转矩较小，而且不可控，不能适用于兆瓦级(MW级)大功率风电机组，影响其在风力发电系统中推广应用。

发明内容

本发明的主要目的在于：针对现有技术的不足和空白，本发明提供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，实现风电机组低风速启动，同时可辅助控制发电机转速，从而可大大降低大型风电机组，尤其是双馈型风力发电机组的运行维护成本，提高系统运行性能和可靠性。

为了达到以上目的，本发明所述一种大功率风力发电机用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。

本发明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，包括以下步骤：

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；