[发明专利]磁悬浮偏航风电机组风能捕获

权利要求书

1.一种磁悬浮偏航风电机组风能捕获方法，其特征是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，存在悬浮风能捕获、无悬浮风能捕获以及机组安全保护三种工作模式；所述悬浮风能捕获应对额定风速以下运行工况，发电机机侧变流器实现风能最大功率跟踪，机舱旋转体悬浮状态下偏航迎风，包括数据采集、悬浮准备、悬浮气隙控制、主动迎风偏航、有效风速获取、发电机优化转速跟踪、偏航停机以及机舱旋转体降落；所述无悬浮风能捕获应对额定风速以上工况，机舱旋转体无悬浮状态下进行偏航摩擦转矩和回馈转矩控制，包括偏航起动、偏航回馈、有效风速获取以及发电机恒功率控制；所述机组安全保护应对切出风速工况，悬浮变流器提供反向电流，驱动定子绕组和永磁体产生悬浮吸力，将机舱旋转体固定在复合塔架稳定机舱。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮偏航风电机组风能捕获方法，其特征是所述有效风速确定风能捕获的工作方式和发电机的优化转速，计算公式为，其中v是风速，是偏航角度；所述风速v采用风速风向仪测量的自然风速和风向、压力传感器测量的机舱旋转体作用在塔架上的力、电流传感器测量的发电机输出电流以及编码器测量的发电机转速多测量数据融合获取；所述偏航角度采用偏航转速法和转矩观测法协调获取，偏航转速法计算公式为，其中偏航起始角度，为偏航转速；转矩观测法计算公式为，其中由偏航负载转矩观测器获取，r为机舱旋转体回转半径、为机舱旋转体质量、为风能利用系数、为空气密度、A为风机旋转扫略面积；上述偏航转速法和转矩观测法两方法分别获取和，根据获得实际偏航角度，其中、分别为偏航转速法和转矩观测法的权值，且满足。

3.根据权利要求1所述的磁悬浮偏航风电机组风能捕获方法，其特征是所述悬浮准备确定悬浮气隙和悬浮电流，悬浮气隙满足公式和 ，式中为电磁回馈转矩，为悬浮力系数，为定子绕组和偏航盘式绕组之间的互感，为机舱旋转体作用在塔架上的力；上述包括机舱旋转体自身重力以及风力作用于机舱上端面的力，可表示为，式中为i压力传感器所测的机舱旋转体i位置的力；悬浮电流在确定和最小悬浮气隙后，根据公式计算获取。

4.根据权利要求1所述的磁悬浮偏航风电机组风能捕获方法，其特征是所述悬浮气隙控制采用悬浮气隙PID闭环控制策略；所述主动迎风偏航采用转子磁链定向将偏航盘式绕组电流解耦为转矩电流和励磁电流，分别独立控制，采用偏航转速外环PI控制以及电流内环的双闭环控制策略，其中转速外环给出电流内环转矩电流的参考，励磁电流参考设置为0；所述发电机优化转速跟踪根据有效风速获取发电机的优化转速，其中，v为风速，为偏航角度，采用转速闭环PI控制跟踪优化转速，捕获风机最大功率。

5.根据权利要求1所述的磁悬浮偏航风电机组风能捕获方法，其特征是所述偏航回馈在偏航转速达到0.75倍的偏航参考转速时，进一步增大悬浮电流和悬浮斥力F_M，直至悬浮斥力等于机舱重力，偏航摩擦转矩减小为零，电磁回馈转矩增大到最大值，机舱旋转体无摩擦偏航，偏航转速由偏航变流器的回馈制动转矩调节，采用转子磁链定向解耦策略和基于偏航转速外环PI控制以及电流内环跟踪的双闭环控制，调节定子电流，其中转子磁链定向解耦策略将偏航盘式绕组电流解耦成转矩电流和励磁电流，转速外环PI控制设定转矩电流参考，励磁电流参考设置为0；偏航回馈控制机制为，式中J为机舱旋转体转动惯量，为风机偏航力矩；为回转力矩，表示为，为机舱旋转体作用在塔架上的力，r为回转半径；为偏航摩擦力矩，表示为，式中为滑动摩擦系数， F_M为悬浮斥力，表示为，其中，为悬浮气隙，N_a是悬浮绕组极数，为悬浮绕组和永磁体之间互感，是永磁体矫顽力，d是永磁体厚度，为悬浮绕组安匝数，为永磁体磁导率。

6.根据权利要求1所述的磁悬浮偏航风电机组风能捕获方法，其特征是所述发电机恒功率控制是额定风速以上工况下，风机偏航实现风机额定功率捕获，分为有效风速在额定风速以上的恒功率控制和有效风速在额定风速以下的恒功率控制，其中有效风速在额定风速以上恒功率控制将发电机转速参考设定为额定转速，控制机侧变流器输出电流，使发电机转速严格跟踪额定转速，发电机输出额定功率；有效风速在额定风速以下恒功率控制采用有效风速获取发电机的优化转速，控制机侧变流器输出电流，调控偏航电机电磁转矩，跟踪优化转速，其中有效风速是由风速和偏航角度，基于计算获取的。