專利名稱：垂直軸風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸振顫的機(jī)電協(xié)調(diào)抑制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組的機(jī)電一體化控制領(lǐng)域，具體涉及ー種垂直軸風(fēng)カ機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸振顫的機(jī)電協(xié)調(diào)智能抑制裝置。
背景技術(shù)：
垂直軸風(fēng)カ機(jī)除了在 世界上少數(shù)地區(qū)建立了試驗性風(fēng)場外，目前仍沒有大規(guī)模的推廣，但其優(yōu)越的空氣動力學(xué)性能越來越引起各國研究人員的重視。從結(jié)構(gòu)上來說，垂直軸風(fēng)カ機(jī)的垂直旋轉(zhuǎn)主軸結(jié)構(gòu)屬于高聳結(jié)構(gòu)中的桅桿結(jié)構(gòu)。由于高聳結(jié)構(gòu)的主要特點是高度較高和水平方向的剛度較柔，因此水平荷載會引起較大的結(jié)構(gòu)反應(yīng)。此外，為了進(jìn)一步提高垂直軸風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的風(fēng)能利用率，常在垂直軸風(fēng)カ機(jī)周身外側(cè)安裝能夠隨風(fēng)向自導(dǎo)航轉(zhuǎn)動的集風(fēng)罩，即迎風(fēng)側(cè)加裝集風(fēng)板，順風(fēng)側(cè)加裝導(dǎo)航尾翼，如林燕山在專利CN2086318U提出的“垂直軸式風(fēng)力機(jī)”、吳國慶等人在專利CN101649809提出的“垂直軸風(fēng)カ發(fā)電機(jī)用可自導(dǎo)航的聚風(fēng)裝置”、岸浪紘機(jī)等人在專利JP特開2007-16661A提出的“直流型風(fēng)車”等，進(jìn)ー步地提高了垂直軸風(fēng)カ機(jī)的柔性。因此，在機(jī)械結(jié)構(gòu)的高柔性和風(fēng)荷載的隨機(jī)性共同作用下，垂直軸風(fēng)カ機(jī)主軸對風(fēng)的作用特別敏感，常形成的風(fēng)效應(yīng)有結(jié)構(gòu)的順風(fēng)向振動響應(yīng)、結(jié)構(gòu)的橫風(fēng)向渦激振動、自激振動、參數(shù)振動等形態(tài)。而整機(jī)結(jié)構(gòu)和安裝環(huán)境的復(fù)雜性，又導(dǎo)致對這些風(fēng)效應(yīng)固有頻率的精確測算異常困難。另ー方面，從機(jī)械學(xué)的角度上說，垂直旋轉(zhuǎn)主軸屬于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)速與風(fēng)カ發(fā)電機(jī)電氣負(fù)載功率和風(fēng)カ機(jī)風(fēng)能吸收的氣動力學(xué)特性相關(guān)聯(lián)。工程應(yīng)用上，為了獲取風(fēng)カ機(jī)最大的風(fēng)能吸收效率，風(fēng)カ發(fā)電機(jī)常采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，依據(jù)當(dāng)前風(fēng)速實時調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以使風(fēng)力機(jī)垂直旋轉(zhuǎn)主軸所帶動的葉輪轉(zhuǎn)速與理論上的最大風(fēng)能捕獲轉(zhuǎn)速相匹配。為此，利用“風(fēng)カ發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制器可以有效地調(diào)節(jié)垂直旋轉(zhuǎn)主軸的轉(zhuǎn)速”這一基本方法，ー些學(xué)者針對水平軸風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組塔架的自振問題，提出了采用簡單地“降低風(fēng)カ機(jī)轉(zhuǎn)速”的手段來抑制現(xiàn)象的控制策略，如冬雷等人在專利CN201661421U提出的“風(fēng)力發(fā)電塔架共振主動抑制裝置”、阿洛伊斯 沃本(德)在專利CN1270080C提出的“風(fēng)カ發(fā)電設(shè)備和控制其的方法”等。但現(xiàn)有的“利用降低風(fēng)カ機(jī)轉(zhuǎn)速的手段來抑制塔架的自由振動”的方法過于保守，該方法降低了風(fēng)カ機(jī)的風(fēng)能捕獲效率，甚至使得風(fēng)カ機(jī)始終無法達(dá)到某些風(fēng)速エ況下的最大風(fēng)能捕獲轉(zhuǎn)速。而理論分析與風(fēng)洞實驗表明，當(dāng)某ー風(fēng)速激發(fā)垂直旋轉(zhuǎn)主軸發(fā)生自振吋，提高和降低風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速均可抑制垂直旋轉(zhuǎn)主軸的自振現(xiàn)象。另外，與水平軸風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組塔架的自振抑制原理不同，垂直軸風(fēng)カ機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸振顫的原因更加多祥，不僅有固有頻率自振，還有其他的風(fēng)效應(yīng)和機(jī)械主軸偏心等原因。因此，有必要研究設(shè)計ー種垂直軸風(fēng)カ機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸振顫的抑制方法，利用風(fēng)カ發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的主動快速調(diào)節(jié)方式，包括迅速地升高或降低風(fēng)カ機(jī)轉(zhuǎn)速，以提高此類風(fēng)カ發(fā)電系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和效率。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供ー種可實時測算出主軸的當(dāng)前振顫烈度，抑制主軸振顫，使得風(fēng)カ機(jī)在保持機(jī)械穩(wěn)定的同時，盡可能地獲得最高的風(fēng)能捕獲效率的垂直軸風(fēng)カ機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸振顫的機(jī)電協(xié)調(diào)抑制裝置。本實用新型的技術(shù)解決方案是ー種垂直軸風(fēng)カ機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸振顫的機(jī)電協(xié)調(diào)抑制裝置，其特征是至少包括兩軸傾角傳感器，安裝于旋轉(zhuǎn)主軸頂端的靜止部件上，用于獲取旋轉(zhuǎn)主軸水平截面內(nèi)正交的兩個方向上的傾斜偏角值αχ和ay;轉(zhuǎn)速傳感器，安裝于風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的機(jī)身上，用于獲取風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速ω。；風(fēng)速傳感器，安裝于垂直軸風(fēng)電機(jī)組的工作現(xiàn)場，用于獲取現(xiàn)場風(fēng)速；風(fēng)カ發(fā)電機(jī)，與垂直軸風(fēng)カ機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸同軸安裝，用于機(jī)電能量轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)垂直軸風(fēng)カ機(jī)的轉(zhuǎn)速；電磁抱剎機(jī)構(gòu)，與垂直軸風(fēng)カ機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸同軸安裝，用于阻止垂直軸風(fēng)カ機(jī)的旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)速內(nèi)環(huán)控制器，用于控制風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)外環(huán)控制器給出的期望轉(zhuǎn)速ω8,以及轉(zhuǎn)速傳感器檢測得到的當(dāng)前轉(zhuǎn)速ω。，運(yùn)用包括發(fā)電功率控制、反向電動制動技術(shù)在內(nèi)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制算法，使得風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速快速到達(dá)期望轉(zhuǎn)速;機(jī)電協(xié)調(diào)外環(huán)控制器，用于實時接收兩軸傾角傳感器、風(fēng)速傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器信號，并由此，計算旋轉(zhuǎn)主軸的振動烈度、最大功率跟蹤目標(biāo)下的最優(yōu)轉(zhuǎn)速ω。。，判斷旋轉(zhuǎn)主軸的振顫烈度相對于臨界調(diào)控閾值和最大安全調(diào)控閾值的強(qiáng)弱程度，確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的期望轉(zhuǎn)速ω g、反向電動制動指令、電磁抱剎指令、以及停機(jī)、復(fù)位信號。所述風(fēng)カ發(fā)電機(jī)為開關(guān)磁阻風(fēng)カ發(fā)電機(jī)。所述轉(zhuǎn)速內(nèi)環(huán)控制器和機(jī)電協(xié)調(diào)外環(huán)控制器還存儲與控制相關(guān)的參數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比本實用新型的優(yōu)點在于(I)采用兩軸傾角傳感器作為檢測元件，實時測算主軸的振顫烈度，因而(a)無需事先獲知垂直軸風(fēng)カ機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸精準(zhǔn)的固有自振頻率值，僅通過當(dāng)前振顫烈度值大小的判斷，即可判別出主軸是否處于自振狀態(tài)，即主軸自振狀態(tài)的檢測精準(zhǔn)、可靠、自適應(yīng)好；(b)此振顫烈度值，不僅可反映主軸是否有發(fā)生自振，還可反映主軸是否發(fā)生了其他風(fēng)效應(yīng)、機(jī)械回轉(zhuǎn)偏心、主軸垂直度偏差過大等主軸不穩(wěn)定狀態(tài)，即主軸振顫源的判別多樣、準(zhǔn)確。(2)根據(jù)垂直旋轉(zhuǎn)主軸的振顫烈度、風(fēng)カ發(fā)電機(jī)最大功率跟蹤目標(biāo)下的最優(yōu)轉(zhuǎn)速，以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速，來確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的期望轉(zhuǎn)速，以抑制主軸振顫。此期望轉(zhuǎn)速值制定科學(xué)、合理，可使得風(fēng)カ機(jī)在保持機(jī)械穩(wěn)定的同時，盡可能地獲得最高的風(fēng)能捕獲效率。(3)采用機(jī)電協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)速控制方法，包括發(fā)電機(jī)反向電動制動和電磁抱剎，對風(fēng)カ機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。具有調(diào)節(jié)速度快，工作效率高、實時性好等優(yōu)點。尤其是采用開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的反向電動制動方法，其正/負(fù)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生僅與導(dǎo)通角所屬相電感的升/降區(qū)間有關(guān)，轉(zhuǎn)矩大小的調(diào)節(jié)僅與相電流的斬波限有關(guān)，因此，反向電動制動轉(zhuǎn)矩平滑易控。以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)ー步說明。圖I為本實用新型垂直軸風(fēng)カ機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸振顫的機(jī)電協(xié)調(diào)抑制方法實施例的流程圖。圖2為圖I中分析確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的期望轉(zhuǎn)速的實例流程圖。圖3為本實用新型垂直軸風(fēng)カ機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸振顫的機(jī)電協(xié)調(diào)抑制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實用新型垂直軸風(fēng)カ機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸振顫的機(jī)電協(xié)調(diào)抑制裝置的控制方塊圖。
具體實施方式
參考


圖1，該圖是本實用新型垂直軸風(fēng)カ機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸振顫的機(jī)電協(xié)調(diào)抑制裝置エ作時的流程圖。包括以下步驟S100、開始。S110、實時獲取旋轉(zhuǎn)主軸的垂直傾角。所述垂直傾角包括主軸水平截面內(nèi)正交的兩個方向上的傾斜偏角值α x和a y。該傾斜偏角值可通過旋轉(zhuǎn)主軸頂端的靜止部件上安裝兩軸傾角傳感器獲取。S120、計算旋轉(zhuǎn)主軸的振顫烈度Kv。所述振顫烈度定義為,K=Ja12 + / + れ2 + / +^jaJ2 + }2由上述計算式可知，振顫烈度Kv值包含了旋轉(zhuǎn)主軸在水平截面內(nèi)傾斜量(傾斜偏角值α X和Cty的平方和的二次方根，傾斜速度(傾斜偏角值α χ和ay —階導(dǎo)數(shù)的平方和的二次方根，^-2+ ,2)和傾斜加速度(傾斜偏角值α χ和ay ニ階導(dǎo)數(shù)的平方和的二次方根，等信息量，可以反映出旋轉(zhuǎn)主軸實時的靜態(tài)和動態(tài)工作特征，包括主軸是否發(fā)生了自振、順風(fēng)向振動、橫風(fēng)向渦激振動、回轉(zhuǎn)偏心程度、垂直度靜態(tài)偏差程
昨坐反寸。S130、根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速，計算風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大功率跟蹤目標(biāo)下的最優(yōu)轉(zhuǎn)速；由風(fēng)カ機(jī)的特征參數(shù) (λ，β)，根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速，可在線計算(包括查表插值法等)出風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的最優(yōu)轉(zhuǎn)速跟蹤功率Pniax-Otjp，風(fēng)カ機(jī)在此最優(yōu)轉(zhuǎn)速ω。。下運(yùn)行，可最大限度地吸收風(fēng)能。S140、根據(jù)旋轉(zhuǎn)主軸振顫烈度，分析確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的期望轉(zhuǎn)速cog ;S150、由轉(zhuǎn)速內(nèi)環(huán)控制器驅(qū)使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速快速達(dá)到期望轉(zhuǎn)速cog ;轉(zhuǎn)速內(nèi)環(huán)控制器的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)算法需依據(jù)風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的類型來設(shè)計。本發(fā)明選用開關(guān)磁阻風(fēng)カ發(fā)電機(jī)，因此，由開關(guān)磁阻風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的控制原理可知，轉(zhuǎn)速內(nèi)環(huán)控制器可以采用調(diào)勵磁開關(guān)角的APC控制、調(diào)勵磁電流限的CCC控制、調(diào)勵磁強(qiáng)度的電壓PWM控制等常規(guī)方法來驅(qū)使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到期望轉(zhuǎn)速《g;特別地，為了更快速地調(diào)節(jié)多相開關(guān)磁阻風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，本發(fā)明設(shè)計出了采用直接切斷部分相繞組勵磁的發(fā)電機(jī)升速方法(切斷相繞組后，相應(yīng)相無勵磁電流，即不能產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩，機(jī)械能無法轉(zhuǎn)換為電能，因此，發(fā)電機(jī)會在風(fēng)カ機(jī)的帶動下快速升速)和放開電流斬波限的發(fā)電機(jī)降速方法(電流斬波限放開后，勵磁電流急劇増大，負(fù)轉(zhuǎn)矩亦成平方倍増大，機(jī)械能大量轉(zhuǎn)換為電能，因此，發(fā)電機(jī)帶動風(fēng)力機(jī)快速降速)，這兩種非常規(guī)調(diào)速方法。S160、判斷旋轉(zhuǎn)主軸的振顫烈度是否超過預(yù)先設(shè)定的最大安全調(diào)控閾值Ks以內(nèi)，若是，進(jìn)入步驟S170;若否，返回步驟SllO ;S170、啟動轉(zhuǎn)速內(nèi)環(huán)控制器的風(fēng)カ發(fā)電機(jī)反向電動制動功能，以及旋轉(zhuǎn)主軸的電磁抱剎機(jī)構(gòu)，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速快速下降。此步驟的目的是快速降速，以保證垂直風(fēng)カ機(jī)的機(jī)械穩(wěn)定性，本發(fā)明在考慮效率和可靠的因素下，采用機(jī)電協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)速控制方法機(jī)械方面，電磁抱剎機(jī)構(gòu)出力大、工作可靠，還可方便地通過電壓PWM控制方式調(diào)節(jié)其抱剎的負(fù)阻カ矩大??；電氣方面，開關(guān)磁阻風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的反向電動制動狀態(tài)可有效、快速地產(chǎn)生負(fù)阻力轉(zhuǎn)矩，并通過諸如APC控制、CCC控·制和電壓PWM控制方式，使得負(fù)阻カ轉(zhuǎn)矩柔性調(diào)節(jié)。特別地，由開關(guān)磁阻電機(jī)基本運(yùn)行原理可知，開關(guān)磁阻風(fēng)カ發(fā)電機(jī)處于電動態(tài)或是發(fā)電態(tài)，僅與相繞組導(dǎo)通角度區(qū)間在相電感的上升或是下降區(qū)間有關(guān)，即可在不改變功率變換器和控制電路的條件下，通過控制算法的調(diào)整方便地運(yùn)行在發(fā)電態(tài)或是反向電動態(tài)(產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩)，而且負(fù)轉(zhuǎn)矩大小的調(diào)節(jié)僅與控制器給出的相電流斬波限有夫，因此，開關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的反向電動制動轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)過程平滑易控，較其他類型的風(fēng)カ發(fā)電機(jī)有明顯的功能和調(diào)控優(yōu)勢。S180、發(fā)送故障停機(jī)信號，并等待復(fù)位重啟指令。該故障停機(jī)信號代表發(fā)生了旋轉(zhuǎn)主軸的振顫烈度超過了預(yù)先設(shè)定的最大安全調(diào)控閾值這一事件。復(fù)位重啟指令可以由外部人工操作給出，也可由系統(tǒng)延時一段時間后，確認(rèn)風(fēng)カ機(jī)主軸處于穩(wěn)定狀態(tài)的情況下，自動重啟。在本實施例中，根據(jù)垂直旋轉(zhuǎn)主軸的振顫烈度、風(fēng)カ發(fā)電機(jī)最大功率跟蹤目標(biāo)下的最優(yōu)轉(zhuǎn)速ω。。，以及風(fēng)カ發(fā)電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速ω。，來確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的期望轉(zhuǎn)速(Og，其目的即是通過控制風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的辦法來抑制主軸振顫，使得風(fēng)カ機(jī)在保持機(jī)械穩(wěn)定的同時，盡可能地獲得最高的風(fēng)能捕獲效率。具體如下所述。參考圖2，該圖是圖I中分析確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的期望轉(zhuǎn)速Og的實例流程圖。其包括以下步驟S141、獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速ω。；當(dāng)前轉(zhuǎn)速ω?？捎砂惭b于風(fēng)カ發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)速傳感器檢測得到。S142、判斷旋轉(zhuǎn)主軸的振顫烈度是否超過預(yù)先設(shè)定的臨界調(diào)控閾值Kt，若是，進(jìn)入步驟S143;若否，進(jìn)入步驟S144 ；S144、將風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的期望轉(zhuǎn)速ω8設(shè)定為最優(yōu)轉(zhuǎn)速Cotjp，即ωβ— ωορ0S143、比較當(dāng)前轉(zhuǎn)速ω。與最優(yōu)轉(zhuǎn)速G^p的大小，若I c^-ω?！?gt; ε，表明當(dāng)前轉(zhuǎn)速ω。與最優(yōu)轉(zhuǎn)速ω相差比較大，則將最優(yōu)轉(zhuǎn)速 ゅ確定為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的期望轉(zhuǎn)速，即cog — ωορ；若I 03。- ?！贯軎?，表明當(dāng)前轉(zhuǎn)速ω。與最優(yōu)轉(zhuǎn)速ωゅ相差不大，接近相等，則將風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的期望轉(zhuǎn)速《g設(shè)定為低于最優(yōu)轉(zhuǎn)速Otjp，即wg < ωορ ；式中，ε為正實數(shù)，是代表當(dāng)前轉(zhuǎn)速ω。與最優(yōu)轉(zhuǎn)速差異的ー個數(shù)值量。通過以上的智能在線分析決策過程，即可確定出當(dāng)前狀態(tài)下，此刻的風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的期望轉(zhuǎn)速《8值(該《8值可以大于、等于和小于當(dāng)前轉(zhuǎn)速ω。值)。再將此期望轉(zhuǎn)速cog值引入到轉(zhuǎn)速內(nèi)環(huán)控制器的給定輸入端，即可達(dá)到通過改變風(fēng)カ機(jī)轉(zhuǎn)速的手段來抑制主軸振顫的目的。下面對本實用新型的垂直軸風(fēng)カ機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸振顫的機(jī)電協(xié)調(diào)智能抑制裝置進(jìn)行說明。參考圖3和圖4，垂直軸風(fēng)カ機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸振顫的機(jī)電協(xié)調(diào)抑制裝置包括兩軸傾角傳感器I和2，安裝于旋轉(zhuǎn)主軸3頂端的靜止部件11上，用于獲取旋轉(zhuǎn)主軸水平截面內(nèi)正交 的兩個方向上的傾斜偏角值α χ和ay ;轉(zhuǎn)速傳感器7,安裝于風(fēng)カ發(fā)電機(jī)6的機(jī)身上,用于獲取風(fēng)カ發(fā)電機(jī)6的當(dāng)前轉(zhuǎn)速ω。；風(fēng)速傳感器10，安裝于垂直軸風(fēng)電機(jī)組的工作現(xiàn)場，用于獲取現(xiàn)場風(fēng)速；風(fēng)力發(fā)電機(jī)6，與垂直軸風(fēng)カ機(jī)4旋轉(zhuǎn)主軸3同軸安裝，用于調(diào)節(jié)垂直軸風(fēng)カ機(jī)4的轉(zhuǎn)速；電磁抱剎機(jī)構(gòu)5，與垂直軸風(fēng)カ機(jī)4旋轉(zhuǎn)主軸3同軸安裝，用于阻止垂直軸風(fēng)カ機(jī)4的旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)速內(nèi)環(huán)控制器8，用于控制風(fēng)カ發(fā)電機(jī)6的轉(zhuǎn)速，根據(jù)外環(huán)控制器8給出的期望轉(zhuǎn)速《g，以及轉(zhuǎn)速傳感器7檢測得到的當(dāng)前轉(zhuǎn)速ω。，運(yùn)用包括發(fā)電功率控制(通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)發(fā)出的電功率來控制其轉(zhuǎn)速)、反向電動制動技術(shù)在內(nèi)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制算法，使得風(fēng)カ發(fā)電機(jī)6的轉(zhuǎn)速快速到達(dá)期望轉(zhuǎn)速ω8 ；機(jī)電協(xié)調(diào)外環(huán)控制器9，用于實時接收兩軸傾角傳感器I和2、風(fēng)速傳感器10、轉(zhuǎn)速傳感器7的信號，并由此，計算旋轉(zhuǎn)主軸3的振動烈度、最大功率跟蹤目標(biāo)下的最優(yōu)轉(zhuǎn)速ω。。，判斷旋轉(zhuǎn)主軸3的振顫烈度相對于臨界調(diào)控閾值和最大安全調(diào)控閾值的強(qiáng)弱程度，確定風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的期望轉(zhuǎn)速、反向電動制動指令、電磁抱剎指令、以及停機(jī)、復(fù)位信號；風(fēng)カ發(fā)電機(jī)6選用開關(guān)磁阻風(fēng)カ發(fā)電機(jī)。此實施例中，由于旋轉(zhuǎn)主軸3和靜止部件11的機(jī)械運(yùn)動關(guān)系，開關(guān)磁阻風(fēng)カ發(fā)電機(jī)6為外轉(zhuǎn)子型，即發(fā)電機(jī)6的外轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)主軸3相連接同步旋轉(zhuǎn)，內(nèi)定子與靜止部件11相連接靜止不動；轉(zhuǎn)速內(nèi)環(huán)控制器8和機(jī)電協(xié)調(diào)外環(huán)控制器9還存儲與控制相關(guān)的參數(shù)。預(yù)先設(shè)定的臨界調(diào)控閾值Kt :代表旋轉(zhuǎn)主軸振顫烈度強(qiáng)弱的ー個量，當(dāng)旋轉(zhuǎn)主軸振顫烈度小于臨界調(diào)控閾值Kt時，表示旋轉(zhuǎn)主軸振顫微弱，處于良好的機(jī)械穩(wěn)定工作狀態(tài)，無需外界干預(yù)調(diào)控。預(yù)先設(shè)定的最大安全調(diào)控閾值Ks :代表旋轉(zhuǎn)主軸振顫烈度強(qiáng)弱的ー個量，Ks > Kt,當(dāng)旋轉(zhuǎn)主軸振顫烈度大于最大安全調(diào)控閾值Ks時，表示旋轉(zhuǎn)主軸振顫劇烈，即將達(dá)到非常危險的機(jī)械不穩(wěn)定工作狀態(tài)，若不采用更強(qiáng)的直接快速降速手段調(diào)控，可能造成事故。
權(quán)利要求1.ー種垂直軸風(fēng)カ機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸振顫的機(jī)電協(xié)調(diào)抑制裝置，其特征是至少包括 兩軸傾角傳感器，安裝于旋轉(zhuǎn)主軸頂端的靜止部件上，用于獲取旋轉(zhuǎn)主軸水平截面內(nèi)正交的兩個方向上的傾斜偏角值a X和ay; 轉(zhuǎn)速傳感器，安裝于風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的機(jī)身上，用于獲取風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速ω。； 風(fēng)速傳感器，安裝于垂直軸風(fēng)電機(jī)組的工作現(xiàn)場，用于獲取現(xiàn)場風(fēng)速； 風(fēng)カ發(fā)電機(jī)，與垂直軸風(fēng)カ機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸同軸安裝，用于機(jī)電能量轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)垂直軸風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速； 電磁抱剎機(jī)構(gòu)，與垂直軸風(fēng)カ機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸同軸安裝，用于阻止垂直軸風(fēng)カ機(jī)的旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)速內(nèi)環(huán)控制器，用于控制風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)外環(huán)控制器給出的期望轉(zhuǎn)速《g，以及轉(zhuǎn)速傳感器檢測得到的當(dāng)前轉(zhuǎn)速ω。，運(yùn)用包括發(fā)電功率控制、反向電動制動技術(shù)在內(nèi)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制算法，使得風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速快速到達(dá)期望轉(zhuǎn)速ω8 ; 機(jī)電協(xié)調(diào)外環(huán)控制器，用于實時接收兩軸傾角傳感器、風(fēng)速傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器信號，并由此，計算旋轉(zhuǎn)主軸的振動烈度、最大功率跟蹤目標(biāo)下的最優(yōu)轉(zhuǎn)速ω。。，判斷旋轉(zhuǎn)主軸的振顫烈度相對于臨界調(diào)控閾值和最大安全調(diào)控閾值的強(qiáng)弱程度，確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的期望轉(zhuǎn)速ω g、反向電動制動指令、電磁抱剎指令、以及停機(jī)、復(fù)位信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的垂直軸風(fēng)カ機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸振顫的機(jī)電協(xié)調(diào)抑制裝置，其特征是所述風(fēng)カ發(fā)電機(jī)為開關(guān)磁阻風(fēng)カ發(fā)電機(jī)。
專利摘要本實用新型公開了一種垂直軸風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸振顫的機(jī)電協(xié)調(diào)抑制裝置，包括兩軸傾角傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、電磁抱剎機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)速內(nèi)環(huán)控制器、機(jī)電協(xié)調(diào)外環(huán)控制器。本實用新型可實時測算出主軸的當(dāng)前振顫烈度，抑制主軸振顫，使得風(fēng)力機(jī)在保持機(jī)械穩(wěn)定的同時，盡可能地獲得最高的風(fēng)能捕獲效率。
文檔編號F03D7/06GK202483794SQ20122007022
公開日2012年10月10日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者吳國慶, 吳愛華, 周井玲, 張旭東, 曹陽, 肖龍雪, 茅靖峰 申請人:南通大學(xué)