CN109980675A - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种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，采用永磁同步发电机和1/3额定功率的盘式电机，共同形成风电系统双馈电结构，盘式电机为功率调控单元和悬浮机构，灵活调控风机旋转体悬浮和摩擦阻尼，永磁同步发电机主功率输出非控机制，将机侧变流器由全控桥调整为非可控整流器，降低垂直轴发电系统成本；采用四点气隙跟踪控制以及综合考虑同步性能的交叉耦合控制器，协同完成风机多自由度悬浮，采用转子磁链定向将盘式电机定子电流解耦，采用双闭环串级控制，实施风机优化转速和额定转速的渐进跟踪；采用四点阻尼调控摩擦转矩，结合盘式电机的最大转矩补偿控制，严格控制永磁发电机额定功率输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电系统及其控制方法，尤其是一种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，属于风电领域。
背景技术
随着能源危机和环境污染日趋严重，作为严格无污染的风力发电日益受到世界各国关注，我国已明确将风力发电从补充能源提升至替代能源战略地位。但我国大部分区域平均风速低于5-6m/s，加大大功率低风速风力发电机型及其控制策略的研究，是推动低风速风电发展，实现风电真正实用化的有效途径。垂直轴风力发电机无需水平轴风力发电机必需的偏航装置，具有启动风速低、安装简便等优势，特别是磁悬浮轴承技术的引入，使得风力机的起动阻力矩大幅降低，非常适合低风区域的弱风型风电场。马来西亚泰莱大学、诺丁汉大学和马尼帕尔国际大学利用永磁体阵列和定子铁心构成被动悬浮，将启动风速降低至2-3m/s；美国环球风能科技、江苏大学、香港理工大学等都先后采用主被动悬浮轴承，将垂直轴风力发电机起动风速大幅降低，但功率等级一般在15kW以下。内蒙古索力德风电公司和广州雅图新能源有限公司，采用磁悬浮轴承以及多层桨叶采风机构，开发了MW级的垂直轴风力机，起动风速减小至3-3.5m/s，但存在以下问题：采用机械耦合装置完成发电机和风机旋转体的耦合，存在风能捕获控制滞后、机械冲击以及输出功率波动等问题；采用全功率机侧变流器调节发电机转速和传输功率，开关损耗大、故障率高，控制自由度少；多层风机采风系统的高度差所致倾覆力矩，极易导致风机旋转体轴径向悬浮位移变化，摩擦损耗大、发电成本高，严重影响大功率垂直轴风力发电的实用化以及推广应用。
发明内容
本发明的主要目的在于：针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种度电成本低、控制简单、风能利用率高、功率大的柔性直流输电用双馈型磁悬浮垂直轴风力发电系统。
为了达到以上目的，本发明柔性直流输电用双馈型磁悬浮垂直轴风力发电系统，包括：风机旋转体、永磁发电机、磁悬浮盘式电机、主功率变流器、捕获变流器、阻尼变流器、升压变流器以及送端站变流器、气隙传感器以及编码器等组成，协同完成风机四点悬浮、风能最大捕获、永磁发电机额定功率控制、风机阻尼调控以及直流馈电入电网。
所述风机旋转体由风机桨叶、永磁发电机转子、阻尼绕组以及机壳构成，旋转捕获风能，驱动永磁发电机转子永磁体旋转发电；所述永磁发电机为风电转化主发电机，其定子输出经主功率变流器、升压变流器以及送端站变流器与柔性直流母线相联，将风机旋转体捕获能量，转化成电能馈入直流输电线路。
所述主功率变流器为三相非可控整流器，其与永磁发电机定子相连，将定子输出的变频变压交流电整流，所述升压变流器为BOOST变流器，提升三倍非可控整流器输出电压，所述送端站变流器为BOOST变流器，高压输出侧与柔性直流输电线路相联，维持升压变流器输出电压恒定。
所述磁悬浮盘式电机为风能调控辅助发电装置，包括阻尼绕组和转矩绕组，所述阻尼绕组为圆盘形结构，按等分原则分成四组，每组绕组分别与阻尼变流器相联，独立控制各阻尼绕组电流，在阻尼绕组和转矩绕组之间产生不同电磁吸力，调控风机旋转体和塔架之间的悬浮气隙和摩擦转矩；所述盘式电机转矩绕组的额定功率设置为永磁发电机额定功率的三分之一，并经捕获变流器和非可控整流器直流输出耦合，转矩绕组在阻尼绕组励磁电流作用下，产生电磁转矩，调控永磁发电机风能最大捕获和额定功率控制；所述阻尼变流器为四个H桥变流器，分别对应四个阻尼绕组，其一端与阻尼绕组相联，另一端与非可控整流器输出端相联，根据四个气隙传感器测量信息，调节绕组电流，四点悬浮风机旋转体。
所述四个气隙传感器均匀安装在盘式电机转矩绕组下侧，测量转矩绕组和四个对称分布阻尼绕组之间气隙；所述编码器安装在塔架上端，旋转轴和风机旋转体弹性联结，测量旋转体转速和旋转角度，为盘式电机转矩绕组的捕获变流器控制，反馈转速和解耦所需旋转角度。
上述柔性直流输电用双馈型磁悬浮垂直轴风力发电系统的控制方法采用如下步骤：
步骤1，风机旋转体四点悬浮：当风速V w 达到起动风速V in 后，首先悬浮准备，调节四个阻尼变流器输出电流i f(i)，其中i=1,2,3,4，对应四个阻尼绕组，逐渐增大盘式电机转矩绕组和阻尼绕组之间的电磁吸力f e (i)，直至四个电磁吸力的总和f e (1)+ f e (2)+ f e (3)+ f e (4)=mg，mg为风机旋转体重力；接着风机旋转体悬浮起动，设定四点悬浮气隙参考δ ref，四个阻尼变流器根据对应气隙传感器实测的悬浮气隙δ(i)，分别求取各阻尼绕组的悬浮气隙误差e(i)=δ ref-δ(i)，在比例积分微分PID调节器作用下，产生励磁电流主参考i f0 *(i)，进而根据四个悬浮气隙误差e(i)，计算四个悬浮气隙的同步误差E(i)=2e(i)-e(i+1)-e(i-1)，在比例微分PD控制器作用下，获取四点悬浮同步差异的补偿电流参考值i f1 *(i)，进而给出四个阻尼绕组励磁电流的总参考为i f *(i)= i f0 *(i)+ i f1 *(i)，将四个阻尼绕组励磁电流参考i f *(i)送至对应的阻尼变流器，产生含同步误差补偿的四点悬浮电磁吸力f e (i)，将风机旋转体稳定悬浮在悬浮气隙δ ref处，风机旋转体无摩擦悬浮起动，开始捕获能量，此时捕获变流器、主功率变流器和升压变流器均处于不控状态。
步骤2，风能最大捕获：当风速V w 低于额定风速V N ，风机旋转体在阻尼变流器作用下四点悬浮稳定后，进入风能最大捕获，首先根据风速和垂直轴风机功率曲线获取优化转速ω opt，并设定为转速参考ω ref，捕获变流器根据编码器实测转速ω和旋转角度θ，按照转子磁链定向将盘式电机输出电流解耦成转矩电流i q和励磁电流i d ，接着计算转速偏差e ω= ω opt-ω，在PID控制器作用下产生转矩电流参考i q *，进而调控盘式电机转矩绕组的电磁转矩T d和输出功率P d，将风机旋转体稳定控制在优化转速ω opt；所述永磁发电机转子在风机桨叶和盘式电机转矩绕组共同作用下，按照优化转速ω opt旋转，在永磁发电机定子绕组中感应产生三相电流，经非可控整流器整流、升压变流器以及送端站变流器，馈入柔性直流电路。
步骤3，永磁发电机额定功率控制：当风速V w 超过额定风速V N 后，同时盘式电机电磁转矩T d≦T dmax(δ ref)，其中T dmax(δ ref)为盘式电机额定悬浮气隙δ ref下的最大电磁转矩，风机旋转体在阻尼变流器作用下四点稳定悬浮，捕获变流器根据实测的永磁发电机输出功率P m和额定功率P N ，计算功率偏差e P= P N -P m,，在PID控制器作用下产生转矩电流参考i q *，调控盘式电机转矩绕组的电磁转矩T d和输出功率P d，实时比较T d和T dmax(δ ref)关系，当T d≧T dmax(δ ref)，按照△δ ref幅度逐级增大悬浮气隙参考δ ref ，阻尼变流器根据新调整的悬浮气隙参考δ ref，增大四个阻尼绕组电流和电磁吸力，随着悬浮气隙δ增大，T dmax(δ)逐步增大，直至达到盘式电机最大电磁转矩T dmax，此时对应最大悬浮气隙为δ max ，风机旋转体完全降落在风机塔架上，严格控制永磁发电机额定功率P N 输出。
步骤4，风机阻尼调控：当风速V w 超过额定风速V N ，而小于切出风速V out ，同时悬浮气隙δ达到δ max ，此时风机阻尼调控，由阻尼变流器和盘式电机阻尼绕组联合控制风机旋转体和塔架之间的摩擦转矩T f，盘式电机转矩绕组在捕获变流器作用下进行盘式电机最大转矩补偿控制，控制永磁发电机严格额定功率P N 输出，所述阻尼变流器根据实测的永磁发电机输出功率P m和额定功率P N ，计算实时功率偏差e P= P N -P m，在PID控制器作用下产生总i f *，按等分原则分别送给四个阻尼变流器作电流参考，改变四个阻尼绕组电流i f(i)和电磁吸力f e (i)，进而改变摩擦转矩T f；捕获变流器根据阻尼绕组产生T f，实时计算盘式电机补偿转矩T c=T dmax-T f，按照直接转矩控制，设定转矩电流参考i q *，快速补偿和消纳多余风机功率，经由捕获变流器与永磁发电机经非可控整流器输出的额定功率汇流，经BOOST升压变、送端站变流器馈入电入电网。
步骤5，当风速大于切出风速时，即V w >V out ，风机桨叶顺桨，系统切出保护，进入停机状态。
本发明的有益效果是：
1）由永磁同步发电机以及1/3额定功率等级的磁悬浮盘式电机，共同构成双馈电机制，其中主功率输出为永磁同步发电机，盘式电机作为功率调控单元和悬浮执行机构，灵活调控风机旋转体悬浮以及旋转阻尼，实现低风速起动以及无摩擦风能捕获。
2）作为功率调控单元的盘式电机因额定功率相对较小，大幅提高了风能捕获动态响应速度和风能利用率；盘式电机的功率调控机制，使得永磁同步发电机机侧变流器由可控全桥变流器调整为非可控整流器，大幅降低了垂直轴风力发电成本以及可靠性。
3）风机旋转体的四点悬浮机制可灵活控制悬浮，利于实现对风速波动所致倾覆力矩进行平抑，确保风机旋转体多自由度稳定悬浮，实现低风速启动甚至微风启动，同时还可作为发电机发电，提升1/3的风机总功率，大大提高风能利用率，尤其适合于弱风型风电场。
附图说明
图1为本发明柔性直流输电用双馈型磁悬浮垂直轴风力发电系统的结构示意图。
图2为本发明盘式电机的阻尼绕组四点悬浮分割机制以及悬浮原理结构示意图。
图3为本发明柔性直流输电用双馈型磁悬浮垂直轴风力发电系统工作原理图。
图中：1-风机轴向桨叶，2-永磁发电机定子，3-永磁发电机转子，4-塔架，5-阻尼绕组，6-风机径向桨叶，7-转矩绕组，8-风机旋转体，9-主功率变流器，10-捕获变流器，11-升压变流器，12-送端站变流器，14-阻尼变流器4，15,-阻尼变流器1，16-阻尼变流器3，17-阻尼变流器2， 18-编码器，19-气隙传感器，20-阻尼绕组1，21-阻尼绕组2，22-阻尼绕组4，23-阻尼绕组3。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2所示，本发明柔性直流输电用双馈型磁悬浮垂直轴风力发电系统，包括：风机旋转体8、永磁发电机（2，3）、磁悬浮盘式电机（5，7）、主功率变流器9、捕获变流器10、阻尼变流器（14~17）、升压变流器11以及送端站变流器12、气隙传感器19以及编码器18等组成，协同完成风机四点悬浮、风能最大捕获、永磁发电机额定功率控制、风机阻尼调控以及直流馈电入电网。
风机旋转体由风机桨叶（1，6）、永磁发电机转子3、阻尼绕组（20~23）以及机壳构成，旋转捕获风能，驱动永磁发电机转子3永磁体旋转发电；所述永磁发电机为风电转化主发电机，其定子输出经主功率变流器9、升压变流器11以及送端站变流器12与柔性直流母线相联，将风机旋转体8捕获能量，转化成电能馈入直流输电线路。
所述主功率变流器9为三相非可控整流器，其与永磁发电机定子2相连，将定子输出的变频变压交流电整流，所述升压变流器11为BOOST变流器，提升三倍非可控整流器输出电压，所述送端站变流器12为BOOST变流器，高压输出侧与柔性直流输电线路相联，维持升压变流器输出电压恒定。
所述磁悬浮盘式电机为风能调控辅助发电装置，包括阻尼绕组（20~23）和转矩绕组7，所述阻尼绕组（20~23）为圆盘形结构，按等分原则分成四组，每组绕组分别与阻尼变流器（14~17）相联，独立控制各阻尼绕组电流，在阻尼绕组和转矩绕组之间产生不同电磁吸力，调控风机旋转体8和塔架4之间的悬浮气隙和摩擦转矩；所述盘式电机转矩绕组7的额定功率设置为永磁发电机额定功率的三分之一，并经捕获变流器10和非可控整流器9直流输出耦合，转矩绕组7在阻尼绕组励磁电流作用下，产生电磁转矩，调控永磁发电机风能最大捕获和额定功率控制；所述阻尼变流器（14~17）为四个H桥变流器，分别对应四个阻尼绕组（20~23），其一端与阻尼绕组相联，另一端与非可控整流器输出端相联，根据四个气隙传感器测量信息，调节绕组电流，四点悬浮风机旋转体。
所述四个气隙传感器均匀安装在盘式电机转矩绕组下侧，测量转矩绕组和四个对称分布阻尼绕组之间气隙；所述编码器安装在塔架上端，旋转轴和风机旋转体弹性联结，测量旋转体转速和旋转角度，为盘式电机转矩绕组的捕获变流器控制，反馈转速和解耦所需旋转角度。
上述柔性直流输电用双馈型磁悬浮垂直轴风力发电系统的控制方法采用如下步骤：
步骤1，风机旋转体四点悬浮：当风速V w 达到起动风速V in 后，首先悬浮准备，调节四个阻尼变流器输出电流i f(i)，其中i=1,2,3,4，对应四个阻尼绕组，逐渐增大盘式电机转矩绕组和阻尼绕组之间的电磁吸力f e (i)，直至四个电磁吸力的总和f e (1)+ f e (2)+ f e (3)+ f e (4)=mg，mg为风机旋转体重力；接着风机旋转体悬浮起动，设定四点悬浮气隙参考δ ref，四个阻尼变流器根据对应气隙传感器实测的悬浮气隙δ(i)，分别求取各阻尼绕组的悬浮气隙误差e(i)=δ ref-δ(i)，在比例积分微分PID调节器作用下，产生励磁电流主参考i f0 *(i)，进而根据四个悬浮气隙误差e(i)，计算四个悬浮气隙的同步误差E(i)=2e(i)-e(i+1)-e(i-1)，在比例微分PD控制器作用下，获取四点悬浮同步差异的补偿电流参考值i f1 *(i)，进而给出四个阻尼绕组励磁电流的总参考为i f *(i)= i f0 *(i)+ i f1 *(i)，将四个阻尼绕组励磁电流参考i f *(i)送至对应的阻尼变流器，产生含同步误差补偿的四点悬浮电磁吸力f e (i)，将风机旋转体稳定悬浮在悬浮气隙δ ref处，风机旋转体无摩擦悬浮起动，开始捕获能量，此时捕获变流器、主功率变流器和升压变流器均处于不控状态。
步骤2，风能最大捕获：当风速V w 低于额定风速V N ，风机旋转体在阻尼变流器作用下四点悬浮稳定后，进入风能最大捕获，首先根据风速和垂直轴风机功率曲线获取优化转速ω opt，并设定为转速参考ω ref，捕获变流器根据编码器实测转速ω和旋转角度θ，按照转子磁链定向将盘式电机输出电流解耦成转矩电流i q和励磁电流i d ，接着计算转速偏差e ω= ω opt-ω，在PID控制器作用下产生转矩电流参考i q *，进而调控盘式电机转矩绕组的电磁转矩T d和输出功率P d，将风机旋转体稳定控制在优化转速ω opt；所述永磁发电机转子在风机桨叶和盘式电机转矩绕组共同作用下，按照优化转速ω opt旋转，在永磁发电机定子绕组中感应产生三相电流，经非可控整流器整流、升压变流器以及送端站变流器，馈入柔性直流电路。
步骤3，永磁发电机额定功率控制：当风速V w 超过额定风速V N 后，同时盘式电机电磁转矩T d≦T dmax(δ ref)，其中T dmax(δ ref)为盘式电机额定悬浮气隙δ ref下的最大电磁转矩，风机旋转体在阻尼变流器作用下四点稳定悬浮，捕获变流器根据实测的永磁发电机输出功率P m和额定功率P N ，计算功率偏差e P= P N -P m,，在PID控制器作用下产生转矩电流参考i q *，调控盘式电机转矩绕组的电磁转矩T d和输出功率P d，实时比较T d和T dmax(δ ref)关系，当T d≧T dmax(δ ref)，按照△δ ref幅度逐级增大悬浮气隙参考δ ref ，阻尼变流器根据新调整的悬浮气隙参考δ ref，增大四个阻尼绕组电流和电磁吸力，随着悬浮气隙δ增大，T dmax(δ)逐步增大，直至达到盘式电机最大电磁转矩T dmax，此时对应最大悬浮气隙为δ max ，风机旋转体完全降落在风机塔架上，严格控制永磁发电机额定功率P N 输出。
步骤4，风机阻尼调控：当风速V w 超过额定风速V N ，而小于切出风速V out ，同时悬浮气隙δ达到δ max ，此时风机阻尼调控，由阻尼变流器和盘式电机阻尼绕组联合控制风机旋转体和塔架之间的摩擦转矩T f，盘式电机转矩绕组在捕获变流器作用下进行盘式电机最大转矩补偿控制，控制永磁发电机严格额定功率P N 输出，所述阻尼变流器根据实测的永磁发电机输出功率P m和额定功率P N ，计算实时功率偏差e P= P N -P m，在PID控制器作用下产生总i f *，按等分原则分别送给四个阻尼变流器作电流参考，改变四个阻尼绕组电流i f(i)和电磁吸力f e (i)，进而改变摩擦转矩T f；捕获变流器根据阻尼绕组产生T f，实时计算盘式电机补偿转矩T c=T dmax-T f，按照直接转矩控制，设定转矩电流参考i q *，快速补偿和消纳多余风机功率，经由捕获变流器与永磁发电机经非可控整流器输出的额定功率汇流，经BOOST升压变、送端站变流器馈入电入电网。
步骤5，当风速大于切出风速时，即V w >V out ，风机桨叶顺桨，系统切出保护，进入停机状态。
Claims (2)
1.一种柔性直流输电用双馈型磁悬浮垂直轴风力发电系统，其特征在于，包括风机旋转体、永磁发电机、磁悬浮盘式电机、主功率变流器、捕获变流器、阻尼变流器、升压变流器以及送端站变流器、气隙传感器以及编码器等组成，协同完成风机四点悬浮、风能最大捕获、永磁发电机额定功率控制、风机阻尼调控以及直流馈电入电网；所述风机旋转体由风机桨叶、永磁发电机转子、阻尼绕组以及机壳构成，旋转捕获风能，驱动永磁发电机转子永磁体旋转发电；所述永磁发电机为风电转化主发电机，其定子输出经主功率变流器、升压变流器以及送端站变流器与柔性直流母线相联，将风机旋转体捕获能量，转化成电能馈入直流输电线路；所述主功率变流器为三相非可控整流器，其与永磁发电机定子相连，将定子输出的变频变压交流电整流，所述升压变流器为BOOST变流器，提升三倍的非可控整流器输出电压，所述送端站变流器为BOOST变流器，高压输出侧与柔性直流输电线路相联，维持升压变流器输出电压恒定；所述磁悬浮盘式电机为风能调控辅助发电装置，包括阻尼绕组和转矩绕组，所述阻尼绕组为圆盘形结构，按等分原则分成四组，每组绕组分别与阻尼变流器相联，独立控制各阻尼绕组电流，在阻尼绕组和转矩绕组之间产生不同电磁吸力，调控风机旋转体和塔架之间的悬浮气隙和摩擦转矩；所述盘式电机转矩绕组的额定功率设置为永磁发电机额定功率的三分之一，并经捕获变流器和非可控整流器直流输出耦合，转矩绕组在阻尼绕组励磁电流作用下，产生电磁转矩，调控永磁发电机风能最大捕获和额定功率控制；所述气隙传感器为四个，分别均匀安装在盘式电机转矩绕组下侧，测量转矩绕组和四个对称分布阻尼绕组之间气隙；所述阻尼变流器为四个H桥变流器，分别对应四个阻尼绕组，其一端与阻尼绕组相联，另一端与非可控整流器输出端相联，根据四个气隙传感器测量信息，调节绕组电流，四点悬浮风机旋转体；所述编码器安装在塔架上端，旋转轴和风机旋转体弹性联结，测量旋转体转速和旋转角度，为盘式电机转矩绕组的捕获变流器控制，反馈转速和解耦所需旋转角度。
2.一种如权利要求1所述的柔性直流输电用双馈型磁悬浮垂直轴风力发电系统的控制方法，其特征在于，采用如下步骤：
步骤1，风机旋转体四点悬浮：当风速V w 达到起动风速V in 后，首先悬浮准备，调节四个阻尼变流器输出电流i f(i)，其中i=1,2,3,4，对应四个阻尼绕组，逐渐增大盘式电机转矩绕组和阻尼绕组之间的电磁吸力f e (i)，直至四个电磁吸力的总和f e (1)+ f e (2)+ f e (3)+ f e (4)=mg，mg为风机旋转体重力；接着风机旋转体悬浮起动，设定四点悬浮气隙参考δ ref，四个阻尼变流器根据对应气隙传感器实测的悬浮气隙δ(i)，分别求取各阻尼绕组的悬浮气隙误差e(i)=δ ref-δ(i)，在比例积分微分PID调节器作用下，产生励磁电流主参考i f0 *(i)，进而根据四个悬浮气隙误差e(i)，计算四个悬浮气隙的同步误差E(i)=2e(i)-e(i+1)-e(i-1)，在比例微分PD控制器作用下，获取四点悬浮同步差异的补偿电流参考值i f1 *(i)，进而给出四个阻尼绕组励磁电流的总参考为i f *(i)= i f0 *(i)+ i f1 *(i)，将四个阻尼绕组励磁电流参考i f *(i)送至对应的阻尼变流器，产生含同步误差补偿的四点悬浮电磁吸力f e (i)，将风机旋转体稳定悬浮在悬浮气隙δ ref处，风机旋转体无摩擦悬浮起动，开始捕获能量，此时捕获变流器、主功率变流器和升压变流器均处于不控状态；
步骤2，风能最大捕获：当风速V w 低于额定风速V N ，风机旋转体在阻尼变流器作用下四点悬浮稳定后，进入风能最大捕获，首先根据风速和垂直轴风机功率曲线获取优化转速ω opt，并设定为转速参考ω ref，捕获变流器根据编码器实测转速ω和旋转角度θ，按照转子磁链定向将盘式电机输出电流解耦成转矩电流i q和励磁电流i d ，接着计算转速偏差e ω= ω opt-ω，在PID控制器作用下产生转矩电流参考i q *，进而调控盘式电机转矩绕组的电磁转矩T d和输出功率P d，将风机旋转体稳定控制在优化转速ω opt；所述永磁发电机转子在风机桨叶和盘式电机转矩绕组共同作用下，按照优化转速ω opt旋转，在永磁发电机定子绕组中感应产生三相电流，经非可控整流器整流、升压变流器以及送端站变流器，馈入柔性直流电路；
步骤3，永磁发电机额定功率控制：当风速V w 超过额定风速V N 后，同时盘式电机电磁转矩T d≦T dmax(δ ref)，其中T dmax(δ ref)为盘式电机额定悬浮气隙δ ref下的最大电磁转矩，风机旋转体在阻尼变流器作用下四点稳定悬浮，捕获变流器根据实测的永磁发电机输出功率P m和额定功率P N ，计算功率偏差e P= P N -P m,，在PID控制器作用下产生转矩电流参考i q *，调控盘式电机转矩绕组的电磁转矩T d和输出功率P d，实时比较T d和T dmax(δ ref)关系，当T d≧T dmax(δ ref)，按照△δ ref幅度逐级增大悬浮气隙参考δ ref ，阻尼变流器根据新调整的悬浮气隙参考δ ref，增大四个阻尼绕组电流和电磁吸力，随着悬浮气隙δ增大，T dmax(δ)逐步增大，直至达到盘式电机最大电磁转矩T dmax，此时对应最大悬浮气隙为δ max ，风机旋转体完全降落在风机塔架上，严格控制永磁发电机额定功率P N 输出；
步骤4，风机阻尼调控：当风速V w 超过额定风速V N ，而小于切出风速V out ，同时悬浮气隙δ达到δ max ，此时风机阻尼调控，由阻尼变流器和盘式电机阻尼绕组联合控制风机旋转体和塔架之间的摩擦转矩T f，盘式电机转矩绕组在捕获变流器作用下进行盘式电机最大转矩补偿控制，控制永磁发电机严格额定功率P N 输出，所述阻尼变流器根据实测的永磁发电机输出功率P m和额定功率P N ，计算实时功率偏差e P= P N -P m，在PID控制器作用下产生总i f *，按等分原则分别送给四个阻尼变流器作电流参考，改变四个阻尼绕组电流i f(i)和电磁吸力f e (i)，进而改变摩擦转矩T f；捕获变流器根据阻尼绕组产生T f，实时计算盘式电机补偿转矩T c=T dmax-T f，按照直接转矩控制，设定转矩电流参考i q *，快速补偿和消纳多余风机功率，经由捕获变流器与永磁发电机经非可控整流器输出的额定功率汇流，经BOOST升压变、送端站变流器馈入电入电网。
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