CN108019316A - 主被动协同调控的磁悬浮风力偏航系统 - Google Patents
主被动协同调控的磁悬浮风力偏航系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108019316A CN108019316A CN201810056783.3A CN201810056783A CN108019316A CN 108019316 A CN108019316 A CN 108019316A CN 201810056783 A CN201810056783 A CN 201810056783A CN 108019316 A CN108019316 A CN 108019316A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- yaw
- suspension
- supporter
- cabin
- air gap
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000725 suspension Substances 0.000 title claims abstract description 116
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 title claims abstract description 18
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000005339 levitation Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 38
- 201000009482 yaws Diseases 0.000 claims description 8
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 5
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 4
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 3
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 10
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 108010066114 cabin-2 Proteins 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 206010044565 Tremor Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000009514 concussion Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/0204—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for orientation in relation to wind direction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/04—Automatic control; Regulation
- F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
- F03D7/047—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the controller architecture, e.g. multiple processors or data communications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
- F05B2270/304—Spool rotational speed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
- F05B2270/32—Wind speeds
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
- F05B2270/321—Wind directions
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/60—Control system actuates through
- F05B2270/602—Control system actuates through electrical actuators
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Abstract
本发明公开了一种应用于大中型风电机组的主被动协同调控的磁悬浮风力偏航系统，包括机舱、偏航支撑体、俯仰调整悬架和悬浮塔架，协同完成偏航支撑体俯仰刚度提升、高频气隙波动平抑、水平位移被动调整、主动悬浮控制以及机舱偏航控制；偏航支撑体机舱底座，设置6mm厚度的铝板，产生涡流阻尼力，被动平抑轴向悬浮气隙的高频波动，采用俯仰调整悬架、永磁体以及悬浮塔基支撑提升了机舱俯仰刚度，减小主动悬浮自由度，偏航支撑体内侧永磁体与悬浮塔架外侧永磁体之间水平斥力，被动平衡水平位移；主动悬浮和偏航分别由BUCK变流、H桥变流器以及三相逆变器在主控单元DSP28035的控制下，实现机舱稳定悬浮下的主动偏航迎风和侧风保护。
Description
技术领域
本发明涉及一种大中型风电机组的风机偏航系统，通过主被动协同调控实现机舱悬浮下偏航迎风和侧风保护，尤其是一种可降低主动悬浮控制自由度和悬浮功耗的风力磁悬浮偏航系统。
背景技术
随着环境污染和能源危机加重，风力发电因其完全无污染已受到世界各国关注。风力偏航系统是大型水平轴风力发电系统的关键组件，可提高风能的最大捕获和侧风保护。传统风力发电偏航系统一般采用多电机多齿轮耦合技术，存在结构复杂、故障率高以及抗干扰能力差等问题，尤其是较大的摩擦损耗使得风机偏航功耗较大，易受外界干扰，严重影响系统的稳定性，发明专利200910161406.7和201410143297.7分别披露了两种磁悬浮风力偏航系统，实现了机舱稳定悬浮下的偏航迎风和侧风保护，极大降低了偏航功耗，但磁悬浮系统本质为非线性、弱阻尼非稳定系统，尤其是风力偏航系统工况恶劣，一般运行在80米高的塔架，风速随机波动，极易导致悬浮震荡或失稳，主动悬浮控制是确保风机机舱稳定悬浮关键，但风机桨叶扫略面积远大于机舱尾翼面积，风机机舱的悬浮过程存在俯仰运动，多自由度主动悬浮控制是提高风力磁悬浮偏航系统的关键，但毋庸置疑的是多自由度主动控制在带来高精度悬浮性能的同时，也将增大传感器、变流器以及控制器的数量，导致了悬浮机舱体积、重量增大以及悬浮功耗的增加。近年来出现了被动悬浮轴承，悬浮气隙由永磁体被动完成，具有结构简单、能耗小、结构紧凑以及无变流器辅助等优点，但悬浮气隙极易受外界干扰的影响。
发明内容
本发明的技术任务是针对上述技术中存在的不足，提供了一种主被动协同调控的磁悬浮风力偏航系统，通过提升俯仰角刚度、引入铝板涡流阻尼以及永磁体圆环三种措施，并结合主动悬浮绕组和偏航绕组，实现风速随机波动下机舱稳定悬浮下的主动偏航对风和侧风保护。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：采用主被动方式实现机舱的稳定悬浮以及主动偏航，包括机舱、偏航支撑体、俯仰调整悬架和悬浮塔架，共同完成偏航支撑体的俯仰刚度提升、高频气隙波动平抑、水平位移被动调整、悬浮气隙主动控制以及机舱偏航控制；机舱前端放置桨叶，捕获风能并驱动发电机发电，发电机后侧设置减震尾轴，机舱后侧设置4mm厚铝板，发电机减震尾轴上安装永磁体，与机舱后侧铝板产生涡流阻尼力，平抑发电机水平方向震动和位移，机舱后端设置风速风向传感器；偏航支撑体倒向放置在悬浮塔架上，支撑、悬浮以及偏航机舱，4个气隙传感器正交安装在偏航支撑体下端圆环体内，检测4个正交位置的气隙变化，给出偏航支撑体质心的有效悬浮气隙，偏航绕组设置在偏航支撑体下端圆环体内，并经三相逆变器、BUCK变流器和风力发电机机侧变流器的直流母线耦合；偏航支撑体中部立式设置永磁体环带，与塔架外侧的立式设置的永磁体环带，组成机舱水平位移的被动调整机构；所述圆环形铝板内嵌在偏航支撑体上端面机舱底座，与悬浮塔架上安装的悬浮绕组对应，增加偏航支撑体轴向悬浮阻尼；所述俯仰调整悬架安装在偏航支撑体机舱底座下端面，外形为T形圆柱体结构，下移偏航支撑体和机舱的整体重心，提升偏航支撑体的俯仰刚度，悬架下端设置轴向永磁体，与塔架内支撑设置的同极永磁体协同工作，被动平抑轴向悬浮气隙波动；悬浮塔架为机舱和偏航支撑体的支撑平台，上端设置圆环形凹槽，与偏航支撑体上的圆环凸沟对应，限制偏航支撑体在悬浮塔架上的水平运动，悬浮塔架上端设置16个N/S交错排列的悬浮绕组，并成圆环状排列，主动悬浮偏航支撑体，使机舱稳定悬浮在设定的悬浮气隙10mm；悬浮塔架设置塔架内支撑，平台上设置与俯仰调整悬架相反磁极的永磁体。
机舱被动悬浮中的俯仰刚度提升由俯仰调整悬架、偏航支撑体以及塔架内支撑共同完成，俯仰调整悬架增大俯仰刚度为m2gL2，其中m2为俯仰调整悬架质量，g为重力加速度，L2为俯仰力臂；塔基内支撑与俯仰调整悬架两永磁体产生斥力，增大俯仰刚度(kz-kx)L2，其中kz、kx分别是沿Z轴和X轴的两永磁体斥力系数，L为俯仰调整悬架高度；被动悬浮中的高频气隙波动由圆环形铝板和悬浮绕组协同完成，偏航支撑体上圆环形铝板的高频轴向位移波动，使得悬浮绕组主磁场在圆形铝板中产生涡流阻尼力，被动平抑悬浮气隙高频波动；所述水平位移被动调整是由固定在偏航支撑体内侧的永磁体环带和悬浮塔架外侧的永磁体环带协同完成，偏航支撑体内侧永磁体为S/N设置，悬浮塔架外侧永磁体N/S设置，两永磁体环带产生水平斥力，平抑风机桨叶产生的水平推力。
机舱主动悬浮中的主动悬浮控制由DSP28035主控单元根据气隙传感器检测的4正交位置气隙高度，实时计算偏航支撑体质心轴向悬浮高度，调控H桥变流器占空比，改变悬浮绕组的电流大小和方向，悬浮支撑机舱；悬浮绕组经H桥变流器、BUCK变流器与发电机机侧变流器直流母线耦合，BUCK变流器将发电机直流母线电压DC1050V，降压为DC550V为风力偏航系统供电；机舱偏航控制是在轴向悬浮气隙稳定后，偏航绕组由三相逆变器通三相交流电，电流控制是由主控单元DSP28035根据风速风向传感器和转速传感器测得的偏航角度以及转速实施控制的，采用轴径向磁场解耦将偏航电流分解为无功电流和转矩电流，并设置无功电流为零，消除无功电流对偏航支撑体悬浮高度影响，转矩电流参考根据风力偏航转矩实时计算获取，并采用传统PI控制完成对参考电流的快速跟踪。
本发明所带来的有益效果是：
1)本发明将偏航支撑体、俯仰悬架以及T型结构底端永磁体纳为一体，有效提升了偏航支撑体和机舱的俯仰角刚度，解决了机舱悬浮过程中摆动问题，增强了风力磁悬浮系统稳定性。
2)本发明在偏航支撑体内引入铝板和涡流阻尼，可快速平抑随机波动风速对悬浮气影响，被动调控悬浮气隙的高频部分，同时改善了机舱悬浮系统的弱阻尼特性，同时提高闭环悬浮系统控制器参数的稳定域，提升了风力磁悬浮系统的抗干扰能力。
3)本发明引入了被动悬浮结构提高了偏航悬浮系统悬浮刚度和稳定性，减少了主动悬浮自由度和传感器、变流器以及控制器的数量，极大降低了设备成本和设备故障率；
4)本发明实现了主被动悬浮下的主动偏航迎风和侧风保护，有效降低了偏航功耗和悬浮功耗，提高了对风精度、风能利用系数以及设备使用寿命。
附图说明
图1主被动协同调控的磁悬浮风机偏航系统基本结构图。
图2主被动协同调控的磁悬浮风机偏航系统xy截面俯视图。
图3主被动协同调控的磁悬浮风机偏航系统功率回路图。
图4主被动协同调控的磁悬浮风机偏航系统控制机制图。
图中：1.桨叶，2.机舱，3.风速风向仪，4.发电机，5.机舱底座，6.圆环形铝板，7.偏航支撑体，8.悬浮绕组，9.偏航绕组，10.偏航支撑体立式永磁体，11.俯仰调整悬架，12.悬架永磁体，13.塔架内支撑，14.悬浮塔架，15.悬浮塔架凹槽，16.俯仰约束环，17.气隙传感器，18.减震尾轴，19.减震铝板，20.悬浮塔架立式永磁体，21.水平气隙，22.俯仰偏移位移，23.发电机机侧变流器，24.网侧变流器，25.升压变压器，26.电网，27.H桥变流器，28.BUCK变流器，29.三相逆变器，30.DSP28035主控单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明所公布的主被动协同调控的磁悬浮风力偏航系统，包括机舱2、偏航支撑体7、俯仰调整悬架11和悬浮塔架14。其中机舱包括桨叶1、发电机4、风速风向仪3、减震尾轴18、减震铝板19，偏航支撑体7上安装由机舱底座5、圆环形铝板6、偏航绕组9、偏航支撑体立式永磁体10，悬浮塔架14包括悬浮绕组8、悬浮塔架立式永磁体20、塔架内支撑，机舱主动悬浮由悬浮绕组8、H桥变流器27、BUCK变流器28在DSP28035主控单元30的作用下完成，主动偏航由偏航绕组9、三相逆变29和BUCK变流器28在DSP28035主控单元30的作用下完成。
本发明公布的主被动协同调控的磁悬浮风机偏航系统运行机制如图4所示，机舱悬浮是在主被动协同调控下完成的，其中圆环形铝板6、俯仰调整悬11、悬架永磁体12、塔架内支撑13、偏航支撑体立式永磁体10、悬浮塔架立式永磁20共同作用下完成机舱的被动悬浮控制，主动悬浮则由悬浮塔架14上的悬浮绕组8和偏航支撑体7产生悬浮吸力，驱动机舱主动悬浮，此时偏航绕组9通入三相交流电，偏航绕组9旋转驱动机舱偏航。风机机舱偏航可分为系统初始化、数据采集、偏航判断、悬浮准备、机舱悬浮、机舱偏航、机舱降落和结束，实现机舱主被动悬浮偏航对风和侧偏保护。
1)数据采集。DSP28035实时采集风速、偏航角度θ、偏航转速ω、悬浮气隙，接收来自于机舱风电机组控制传输的发电机输出功率Pw。
2)偏航判断。风机偏航主要实现风机正面迎风，或者对发电机进行侧偏保护，确保发电机输出功率小于其额定功率，偏航条件包括偏航角度θ和发电机输出功率Pw.。当风速风向仪5检测偏航角度θ＞θmin最小偏航角度，或者发电机输出功率Pw>PN风电机组额定功率，风机满足偏航条件。
3)悬浮准备。由于机舱质量较大，悬浮速度、悬浮状态以及偏航速度等严重影响风电系统安全性，为此机舱悬浮前必需进行悬浮和偏航准备。通过采集的风速和风向、偏航角度首选计算机舱所需悬浮力和风机偏航负载转矩，给出悬浮绕组8悬浮电流和偏航绕组9所需偏航电流。
4)机舱悬浮。在悬浮启动阶段，H桥变流器向悬浮绕组8通电，此时悬浮绕组电流远远大于稳定悬浮所需电流，电流调控是基于偏航支撑体11上安装的悬浮气隙传感器17完成的，悬浮绕组8中悬浮电流产生的主磁场和悬浮塔架14之间产生悬浮吸力，起浮机舱，起动过程中，悬浮绕组8和圆环形铝板6之间产生相对运动和速度变化，产生涡流阻尼力，阻碍机舱悬浮速度过快变化，提高悬浮绕组电流控制稳定性，实现机舱的稳定悬浮；当机舱悬浮至目标气隙时，外界随机风干扰极易使机舱震颤，圆环形铝板6将产生涡流阻尼，平抑悬浮气隙高频部分，同时偏航支撑体11的俯仰调整悬架14、以及悬架下永磁体，被动调控俯仰悬浮稳定。
5)机舱偏航。当偏航支撑体11驱动机舱悬浮至参考位置后，BUCK变流器28将发电机直流母线电压1150V降压，同时起动三相逆变器29，为偏航绕组9通入对称交流电，三相对称绕组9在悬浮绕组8励磁作用下，产生电磁转矩驱动偏航支撑体11旋转，带动机舱2偏航对风或侧偏保护，在偏航过程中，外界随机风干扰常使机舱发生俯仰摆动或悬浮波动，圆环形铝板将产生涡流阻尼力，快速平抑外界随机风对机舱悬浮气隙的影响，俯仰调整悬架上的永磁体12与塔架支撑上的永磁体13之间产生的悬浮磁力，辅助调控轴向悬浮气隙波动，同时偏航支撑体11内侧立式永磁体10与悬浮塔架外侧的立式永磁体20，产生悬浮斥力被动平抑水平移动，偏航支撑体的旋转，最终完成机舱稳定悬浮下偏航对风或侧风保护。
6)机舱降落。当风速风向仪3检测到偏航角度θ≤θmin或Pw＝PN，机舱偏航结束，三相逆变器29首先停止向偏航绕组9供电，接着调控H桥变流器27电流，并俯仰调整悬架永磁体的作用下缓慢降落，圆环式铝板将产生涡流阻尼力被动减缓机舱的悬浮降落，防止对悬浮塔架的冲击，当偏航支撑体上的圆环形凸沟进入至悬浮塔架的凹槽内，机舱偏航结束。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (3)
1.一种主被动协同调控的磁悬浮风力偏航系统，其特征包括机舱、偏航支撑体、俯仰调整悬架和悬浮塔架，共同完成偏航支撑体的俯仰刚度提升、高频气隙波动平抑、水平位移被动调整、悬浮气隙主动控制以及机舱偏航控制，实现机舱稳定悬浮下主动偏航迎风；所述机舱前端放置桨叶，捕获风能并驱动发电机发电，发电机后侧设置减震尾轴，机舱后侧设置4mm厚铝板，发电机减震尾轴上安装永磁体，与机舱后侧铝板产生涡流阻尼力，平抑发电机水平方向震动和位移，机舱后端设置风速风向传感器；所述偏航支撑体倒向放置在悬浮塔架上，支撑、悬浮以及偏航机舱，4个气隙传感器正交安装在偏航支撑体下端圆环体内，检测4个正交位置的气隙变化，给出偏航支撑体质心的有效悬浮气隙，偏航绕组设置在偏航支撑体下端圆环体内，并经三相逆变器、BUCK变流器和风力发电机机侧变流器的直流母线耦合；偏航支撑体中部立式设置永磁体环带，与塔架外侧的立式设置的永磁体环带，组成机舱水平位移的被动调整机构；所述圆环形铝板内嵌在偏航支撑体上端面机舱底座，与悬浮塔架上安装的悬浮绕组对应，增加偏航支撑体轴向悬浮阻尼；所述俯仰调整悬架安装在偏航支撑体机舱底座下端面，外形为T形圆柱体结构，下移偏航支撑体和机舱的整体重心，提升偏航支撑体的俯仰刚度，悬架下端设置轴向永磁体，与塔架内支撑设置的同极永磁体协同工作，被动平抑轴向悬浮气隙波动；所述悬浮塔架为机舱和偏航支撑体的支撑平台，上端设置圆环形凹槽，与偏航支撑体上的圆环凸沟对应，限制偏航支撑体在悬浮塔架上的水平运动，悬浮塔架上端设置16个N/S交错排列的悬浮绕组，并成圆环状排列，主动悬浮偏航支撑体，使机舱稳定悬浮在设定的悬浮气隙10mm；悬浮塔架设置塔架内支撑，平台上设置与俯仰调整悬架相反磁极的永磁体。
2.根据权利要求1所述的主被动协同调控的磁悬浮风力偏航系统，其特征是所述俯仰刚度提升由俯仰调整悬架、偏航支撑体以及塔架内支撑共同完成，俯仰调整悬架增大俯仰刚度为m2gL2,其中m2为俯仰调整悬架质量，g为重力加速度，L2为俯仰力臂；塔基内支撑与俯仰调整悬架两永磁体产生斥力，增大俯仰刚度(kz-kx)L2，其中kz、kx分别是沿Z轴和X轴的两永磁体斥力系数，L为俯仰调整悬架高度；所述高频气隙波动平抑由圆环形铝板和悬浮绕组协同完成，偏航支撑体上圆环形铝板的高频轴向位移波动，使得悬浮绕组主磁场在圆形铝板中产生涡流阻尼力，被动平抑悬浮气隙高频波动；所述水平位移被动调整是由固定在偏航支撑体内侧的永磁体环带和悬浮塔架外侧的永磁体环带协同完成，偏航支撑体内侧永磁体为S/N设置，悬浮塔架外侧永磁体N/S设置，两永磁体环带产生水平斥力，平抑风机桨叶产生的水平推力。
3.根据权利要求1所述的主被动协同调控的磁悬浮风力偏航系统，其特征是所述悬浮气隙主动控制是由DSP28035主控单元根据气隙传感器检测的4正交位置气隙高度，实时计算偏航支撑体质心轴向悬浮高度，调控H桥变流器占空比，改变悬浮绕组的电流大小和方向，悬浮偏航支撑体；所述悬浮绕组经H桥变流器、BUCK变流器与发电机机侧变流器直流母线耦合，BUCK变流器将发电机直流母线电压DC1050V，降压为DC550V为风力偏航系统供电；所述机舱偏航控制是在轴向悬浮气隙稳定后，偏航绕组由三相逆变器通三相交流电，电流控制是由主控单元DSP28035根据风速风向传感器和转速传感器测得的偏航角度以及转速实施控制的，采用轴径向磁场解耦将偏航电流分解为无功电流和转矩电流，并设置无功电流为零，消除无功电流对偏航支撑体悬浮高度影响，转矩电流参考根据风力偏航转矩实时计算获取，并采用传统PI控制完成对参考电流的快速跟踪。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810056783.3A CN108019316B (zh) | 2018-01-22 | 2018-01-22 | 主被动协同调控的磁悬浮风力偏航系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810056783.3A CN108019316B (zh) | 2018-01-22 | 2018-01-22 | 主被动协同调控的磁悬浮风力偏航系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108019316A true CN108019316A (zh) | 2018-05-11 |
| CN108019316B CN108019316B (zh) | 2023-04-25 |
Family
ID=62075061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810056783.3A Active CN108019316B (zh) | 2018-01-22 | 2018-01-22 | 主被动协同调控的磁悬浮风力偏航系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108019316B (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108979965A (zh) * | 2018-07-23 | 2018-12-11 | 宋云飞 | 一种风力发电站 |
| CN108999745A (zh) * | 2018-09-04 | 2018-12-14 | 曲阜师范大学 | 风力磁悬浮机舱的主被动悬浮控制方法 |
| CN109139368A (zh) * | 2018-09-04 | 2019-01-04 | 曲阜师范大学 | 一种风力磁悬浮机舱悬浮涡流阻尼优化方法 |
| CN110219774A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-09-10 | 曲阜师范大学 | 一种水平轴风力偏航系统机舱悬浮控制方法 |
| CN111682815A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-09-18 | 曲阜师范大学 | 一种含高频干扰重构的风力机舱偏航控制方法 |
| CN112228279A (zh) * | 2019-06-30 | 2021-01-15 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 发电机及风力发电机组 |
| CN112392670A (zh) * | 2019-08-19 | 2021-02-23 | 新疆金风科技股份有限公司 | 风力发电机组及调平装置、方法、系统、介质和设备 |
| CN112780499A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-05-11 | 三一重能股份有限公司 | 风电塔筒用阻尼结构及风电塔筒 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008038605A (ja) * | 2006-08-01 | 2008-02-21 | Railway Technical Res Inst | 高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機 |
| US20130200629A1 (en) * | 2011-03-11 | 2013-08-08 | Changde Gao | Wind generator with wind blade rotating cage for driving multiple generators |
| CN103883469A (zh) * | 2014-04-11 | 2014-06-25 | 曲阜师范大学 | 机械耦合式磁悬浮风机偏航系统 |
| CN106988961A (zh) * | 2017-04-17 | 2017-07-28 | 曲阜师范大学 | 混合悬浮气隙调整型风机偏航系统 |
| CN107061159A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-08-18 | 曲阜师范大学 | 磁悬浮可变尾翼型风力偏航系统 |
| CN207740117U (zh) * | 2018-01-22 | 2018-08-17 | 曲阜师范大学 | 主被动协同调控的磁悬浮风力偏航装置 |
-
2018
- 2018-01-22 CN CN201810056783.3A patent/CN108019316B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008038605A (ja) * | 2006-08-01 | 2008-02-21 | Railway Technical Res Inst | 高温超電導体により浮上させた円筒型風力発電機 |
| US20130200629A1 (en) * | 2011-03-11 | 2013-08-08 | Changde Gao | Wind generator with wind blade rotating cage for driving multiple generators |
| CN103883469A (zh) * | 2014-04-11 | 2014-06-25 | 曲阜师范大学 | 机械耦合式磁悬浮风机偏航系统 |
| CN107061159A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-08-18 | 曲阜师范大学 | 磁悬浮可变尾翼型风力偏航系统 |
| CN106988961A (zh) * | 2017-04-17 | 2017-07-28 | 曲阜师范大学 | 混合悬浮气隙调整型风机偏航系统 |
| CN207740117U (zh) * | 2018-01-22 | 2018-08-17 | 曲阜师范大学 | 主被动协同调控的磁悬浮风力偏航装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李洋等: "基于PID控制器的磁悬浮偏航系统悬浮控制" * |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108979965A (zh) * | 2018-07-23 | 2018-12-11 | 宋云飞 | 一种风力发电站 |
| CN108999745A (zh) * | 2018-09-04 | 2018-12-14 | 曲阜师范大学 | 风力磁悬浮机舱的主被动悬浮控制方法 |
| CN109139368A (zh) * | 2018-09-04 | 2019-01-04 | 曲阜师范大学 | 一种风力磁悬浮机舱悬浮涡流阻尼优化方法 |
| CN110219774A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-09-10 | 曲阜师范大学 | 一种水平轴风力偏航系统机舱悬浮控制方法 |
| CN110219774B (zh) * | 2019-06-18 | 2023-08-25 | 曲阜师范大学 | 一种水平轴风力偏航系统机舱悬浮控制方法 |
| CN112228279B (zh) * | 2019-06-30 | 2023-03-03 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 发电机及风力发电机组 |
| CN112228279A (zh) * | 2019-06-30 | 2021-01-15 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 发电机及风力发电机组 |
| CN112392670A (zh) * | 2019-08-19 | 2021-02-23 | 新疆金风科技股份有限公司 | 风力发电机组及调平装置、方法、系统、介质和设备 |
| CN112392670B (zh) * | 2019-08-19 | 2022-12-20 | 新疆金风科技股份有限公司 | 风力发电机组及调平装置、方法、系统、介质和设备 |
| CN111682815B (zh) * | 2020-06-17 | 2023-04-14 | 曲阜师范大学 | 一种含高频干扰重构的风力机舱偏航控制方法 |
| CN111682815A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-09-18 | 曲阜师范大学 | 一种含高频干扰重构的风力机舱偏航控制方法 |
| CN112780499B (zh) * | 2021-02-22 | 2022-05-03 | 三一重能股份有限公司 | 风电塔筒用阻尼结构及风电塔筒 |
| CN112780499A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-05-11 | 三一重能股份有限公司 | 风电塔筒用阻尼结构及风电塔筒 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108019316B (zh) | 2023-04-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108019316A (zh) | 主被动协同调控的磁悬浮风力偏航系统 | |
| EP2556244B1 (en) | Wind energy conversion device | |
| CN109672299A (zh) | 风力磁悬浮飞轮辅助发电系统 | |
| US4036916A (en) | Wind driven electric power generator | |
| CN107061162B (zh) | 磁悬浮偏航风电机组风能捕获 | |
| CN108999745B (zh) | 风力磁悬浮机舱的主被动悬浮控制方法 | |
| CN103883469B (zh) | 机械耦合式磁悬浮风机偏航系统 | |
| CN106988961B (zh) | 混合悬浮气隙调整型风机偏航系统 | |
| CN101943127A (zh) | 集风立式风力发电系统 | |
| CN105971823B (zh) | 一种自动调控风电机组偏航阻尼的方法 | |
| CN105226723A (zh) | 一种双馈风电机组基于风功率跟踪自适应调节的虚拟惯性控制方法 | |
| CN101589229A (zh) | 减弱风轮机的一个或多个叶片中的边沿振荡的方法，主动失速控制式风轮机及其使用 | |
| CN109236572A (zh) | 低风速大功率磁悬浮垂直轴风电机组及其控制方法 | |
| CN106096195B (zh) | 一种风电机组偏航阻尼力矩的控制方法 | |
| CN108087203A (zh) | 磁悬浮混合风力发电系统 | |
| CN107165779B (zh) | 一种垂直轴悬浮永磁风力发电机及其控制方法 | |
| CN105429166B (zh) | 一种基于无功控制的pmsg低电压穿越系统 | |
| CN207740117U (zh) | 主被动协同调控的磁悬浮风力偏航装置 | |
| CN109306934A (zh) | 低风速双电机型磁悬浮垂直轴风电机组及其控制方法 | |
| CN110345013A (zh) | 基于神经网络模型预测控制的磁悬浮垂直轴风电机组控制方法 | |
| WO2011106919A1 (zh) | 风力发电装置 | |
| CN206522216U (zh) | 尾翼调整型磁悬浮风力偏航装置 | |
| CN208845304U (zh) | 风力发电机及垂直轴风轮 | |
| CN209053738U (zh) | 低风速双电机型磁悬浮垂直轴风电机组 | |
| CN109980675A (zh) | 柔性直流输电用双馈型磁悬浮垂直轴风力发电系统及其控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |