永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系振蕩濾波器設(shè)計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系振蕩濾波器設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明通過(guò)計(jì)算永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)諧振頻率，提出了一種具有帶阻濾波器特性的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系振蕩濾波器設(shè)計(jì)方法。通過(guò)在力矩控制器輸出部分串聯(lián)軸系振蕩濾波器有效的去除了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)電磁力矩中導(dǎo)傳動(dòng)系諧振頻域分量，從而降低傳動(dòng)系統(tǒng)載荷水平以及發(fā)電機(jī)輸出功率的振蕩波動(dòng)，提高機(jī)組運(yùn)行可靠性，解決了永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控力矩控制信號(hào)中特定頻域分量可能引起傳動(dòng)系統(tǒng)的諧振問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系振蕩濾波器設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系振蕩濾波器設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能是目前最具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的可再生能源，根據(jù)中國(guó)國(guó)家發(fā)改委能源研究所發(fā)布《中國(guó)風(fēng)電發(fā)展路線圖2050》，中國(guó)風(fēng)電未來(lái)40年的發(fā)展目標(biāo):到2020年、2030年和2050年，風(fēng)電裝機(jī)容量將分別達(dá)到2億、4億和10億千瓦，到2050年，風(fēng)電將滿(mǎn)足17%的國(guó)內(nèi)電力需求。
[0003]目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已經(jīng)成為風(fēng)能利用的主要設(shè)備，而永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是一種主流的風(fēng)力發(fā)電機(jī)型。
[0004]永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)風(fēng)輪吸收風(fēng)能，利用主軸將吸收風(fēng)能傳遞到發(fā)電機(jī)軸端，通過(guò)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
[0005]對(duì)于大功率永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，若要實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)分析，傳動(dòng)系統(tǒng)建模仿真時(shí)不能按照傳統(tǒng)的理想剛性環(huán)節(jié)考慮，通?？梢园凑杖嵝缘亩|(zhì)量塊環(huán)節(jié)進(jìn)行建模。
[0006]大功率永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)具有諧振頻率，當(dāng)外部輸入與系統(tǒng)諧振頻率重合時(shí)可能引起機(jī)械環(huán)節(jié)的諧振，影響機(jī)組安全及可靠性。
[0007]對(duì)于永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,其機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程由機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)自身傳動(dòng)特性以及風(fēng)輪氣動(dòng)力矩、發(fā)電機(jī)電磁力矩兩個(gè)外部輸入環(huán)節(jié)決定。
[0008]永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)輸入環(huán)節(jié)中，發(fā)電機(jī)電磁力矩為可控環(huán)節(jié)，風(fēng)輪氣動(dòng)力矩由于風(fēng)的隨機(jī)性和不確定性為不可控環(huán)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提出一種永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系振蕩濾波器設(shè)計(jì)方法，如圖1所示，通過(guò)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組力矩控制器輸出串聯(lián)軸系振蕩濾波器消除可以引起系統(tǒng)諧振的力矩控制信號(hào)，從而降低由于諧振引起的傳動(dòng)環(huán)節(jié)載荷以及發(fā)電機(jī)輸出功率的振蕩波動(dòng)。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案是永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系振蕩濾波器設(shè)計(jì)方法，該方法包括以下步驟:
步驟1:對(duì)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)環(huán)節(jié)進(jìn)行建模；
步驟2:獲取永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)方程；
步驟3:基于永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)方程，求解其傳動(dòng)系統(tǒng)諧振頻率； 步驟4:依據(jù)諧振頻率設(shè)計(jì)電磁力矩軸系振蕩濾波器。
[0011]本發(fā)明主要解決永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控力矩控制信號(hào)中特定頻域分量可能引起傳動(dòng)系統(tǒng)的諧振問(wèn)題，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電磁力矩響應(yīng)速度極快可近似認(rèn)為為時(shí)間常數(shù)極小的慣性環(huán)節(jié)，因此通過(guò)在力矩控制器輸出部分串聯(lián)具有帶阻濾波器形式的軸系振蕩濾波器可以有效的去除風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)電磁力矩中導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)諧振力矩頻域分量，從而降低傳動(dòng)系統(tǒng)載荷水平以及發(fā)電機(jī)輸出功率的振蕩波動(dòng)，提高機(jī)組運(yùn)行可靠性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系振蕩濾波器示意圖。
【具體實(shí)施方式】
【權(quán)利要求】
1.永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系振蕩濾波器設(shè)計(jì)方法，其特征是通過(guò)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組力矩控制器輸出串聯(lián)軸系振蕩濾波器消除可以引起系統(tǒng)諧振的力矩控制信號(hào)，從而降低由于諧振引起的傳動(dòng)環(huán)節(jié)載荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系振蕩濾波器設(shè)計(jì)方法，其特征是包含以下步驟: 步驟1:對(duì)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)環(huán)節(jié)進(jìn)行建模； 步驟2:獲取永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)方程； 步驟3:基于永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)方程，求解其傳動(dòng)系統(tǒng)諧振頻率； 步驟4:依據(jù)諧振頻率設(shè)計(jì)電磁力矩帶阻濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系振蕩濾波器設(shè)計(jì)方法，其特征是步驟I中，永磁同步電機(jī)傳動(dòng)環(huán)節(jié)可以等效為風(fēng)輪質(zhì)量塊和發(fā)電機(jī)質(zhì)量塊兩質(zhì)量塊環(huán)節(jié)，按照下式建模:
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系振蕩濾波器設(shè)計(jì)方法，其特征是步驟2中，當(dāng)選取代,eg , a\ , 四個(gè)狀態(tài)構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)可以改寫(xiě)成:
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系振蕩濾波器設(shè)計(jì)方法，其特征是步驟3中，求解傳動(dòng)系統(tǒng)諧振頻率可以通過(guò)求解狀態(tài)方程.4 _矩陣4個(gè)特征值Z1, 4 , A3; 4中的一對(duì)共軛復(fù)根確定，由于目前主流風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相關(guān)參數(shù)可以確定狀態(tài)方程矩陣特征值必然具有以下特點(diǎn):
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系振蕩濾波器設(shè)計(jì)方法，其特征是步驟4中，由于通常情況下永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系振蕩主要體現(xiàn)在傳動(dòng)系統(tǒng)諧振頻率與電磁力矩9次諧波產(chǎn)生的諧振，在一些特殊情況下也有可能與或電磁力矩6次諧波產(chǎn)生諧振，因此軸系振蕩濾波器可以按照以下方法設(shè)計(jì): 軸系振蕩濾波器可以設(shè)計(jì)為二階巴特沃斯帶阻濾波器:
【文檔編號(hào)】H02J3/01GK103515971SQ201210220843
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】賈利民, 劉展, 雷濤 申請(qǐng)人:北京能高自動(dòng)化技術(shù)股份有限公司