高风能捕获效率的垂直轴风力机旋转主轴振颤抑制方法

摘要

本发明公开了一种高风能捕获效率的垂直轴风力机旋转主轴振颤抑制方法，实时获取旋转主轴的垂直倾角；计算旋转主轴在其水平截面内正交的两个方向上的振颤烈度、风力发电机最大功率跟踪目标下的最优转速；确定期望转速；由转速内环控制器驱使转速快速达到期望转速；当主轴的振颤烈度超过预先设定的最大安全调控阈值时，启动转速内环控制器的反向电动制动功能，以及旋转主轴的电磁抱刹机构；转速内环控制器的快速转速调节方式为直接切断部分相绕组励磁的发电机升速方法或放开电流斩波限的发电机降速方法。本发明可实时测算出主轴的当前振颤烈度，抑制主轴振颤，使得风力机在保持机械稳定的同时，尽可能地获得最高的风能捕获效率。

主权项

一种高风能捕获效率的垂直轴风力机旋转主轴振颤抑制方法，其特征是：包括以下步骤：（1）实时获取旋转主轴的垂直倾角，所述垂直倾角包括主轴水平截面内正交的两个方向上的倾斜偏角值α_x和α_y；（2）计算旋转主轴的振颤烈度K_v，所述振颤烈度定义为，$K_v=\sqrt{{{\alpha }_x}^2+{{\alpha }_y}^2}+\sqrt{{{\stackrel{·}{\alpha }}_x}^2+{{\stackrel{·}{\alpha }}_y}^2}+\sqrt{{{\stackrel{··}{\alpha }}_x}^2+{{\stackrel{··}{\alpha }}_y}^2};$（3）根据当前风速，计算风力发电机最大功率跟踪目标下的最优转速ω_op；（4）根据旋转主轴振颤烈度，分析确定风力发电机的期望转速ω_g：a）获取风力发电机的当前转速ω_c；b）判断旋转主轴的振颤烈度是否超过预先设定的临界调控阈值Kt，若是，进入步骤d）；若否，进入步骤c）；c）将最优转速ω_op确定为风力发电机的期望转速ω_g；d）比较当前转速ω_c与最优转速ω_op的大小，若|ω_c‑ω_op|>ε，则将最优转速ω_op确定为风力发电机的期望转速ω_g；若|ω_c‑ω_op|≤ε，则将风力发电机的期望转速ω_g设定为低于最优转速ω_op；式中，ε为正实数，是代表当前转速ω_c与最优转速ω_op差异的一个数值量；（5）由转速内环控制器驱使风力发电机的转速快速达到期望转速ω_g；（6）判断旋转主轴的振颤烈度是否超过预先设定的最大安全调控阈值Ks以内，若是，进入步骤（7）；若否，返回步骤（1）；（7）启动转速内环控制器的风力发电机反向电动制动功能，以及旋转主轴的电磁抱刹机构，使风力发电机的转速快速下降；（8）发送故障停机信号，并等待复位重启指令；步骤（5）中转速内环控制器的快速转速调节方式为直接切断部分相绕组励磁的发电机升速方法或放开电流斩波限的发电机降速方法。