低轉矩脈動的獨立相控結構的風力發電系統的製造方法與工藝

2023-10-05 22:54:49

低轉矩脈動的獨立相控結構的風力發電系統本申請是申請號：201410052445.4、申請日：2014.2.17、名稱「獨立相控結構的風力發電系統」的分案申請。技術領域本發明涉及風力發電機和容錯控制技術領域，具體涉及一種可容錯運行的風力發電機組。

背景技術：
風力發電是當前最具大規模發展潛力的可再生能源，各個國家均已投入了巨額資金競相研究開發，並積極推進產業化進程，大力開拓市場應用。由於風力資源分布的特點，風力發電設備多安裝於地理和氣象條件較惡劣的郊區或市區中的地勢高處。一旦設備安裝完畢，機組的運行管理和檢修維護極不方便，為此，提高風力發電機組的連續可靠運行能力是風力發電設備研發製造領域的一項重要技術。由於風力發電機是風力發電設備中的核心部件之一，因此，其可靠運行和容錯運行能力尤為重要。目前，用於風力發電系統的發電機主要有三相交流發電機、永磁無刷直流發電機和開關磁阻發電機。三相交流發電機(如永磁同步、電勵磁同步、雙饋異步、鼠籠異步、繞線異步等)和直流永磁發電機，採用分布式對稱繞組結構，當某一相繞組發生斷路或短路故障，或某一相功率變換器發生故障時，氣隙磁場畸變，從運行機理上導致發電機失控，無法達到如最大風功率跟蹤控制等風力發電的基本控制目標，如果不及時停機，其嚴重的轉矩顛簸必然會損壞機械設備。開關磁阻發電機採用對稱集中繞組，當某一相繞組發生斷路或短路故障，或某一相功率變換器發生故障時，雖然可以缺相容錯運行，但其固有的齒槽脈動和不平衡徑向磁拉力特性會被放大，發電轉矩產生周期性的嚴重脈動，極易導致風輪機及其輔助機械設備的損壞和機組的不安全。因此，從提高可靠性指標角度來講，避免傳統分布式對稱繞組結構的發電機無法缺相運行，以及開關磁阻發電機大轉矩脈動的不足，研究設計一套具有容錯運行能力和低轉矩脈動的風力發電機及其驅動控制系統具有良好的工程和經濟意義。

技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種具有容錯運行能力和低轉矩脈動的風力發電機組結構及其驅動控制技術的獨立相控結構的風力發電系統。本發明的技術解決方案是：一種獨立相控結構的風力發電系統，其特徵是：包括風輪機、容錯風力發電機、模塊化功率變換器、多傳感器信號檢測器、設備電氣故障判別與指示器、全風速最優轉矩外環控制器、容錯決策內環控制器、邏輯切換與脈寬調製驅動器；所述容錯風力發電機，包括在定子圓周空間內，均勻等間隔交錯排列的m個定子電磁隔離齒和m個定子電樞發電齒、m個繞在定子電樞發電齒上的集中發電繞組相、表貼在轉子外徑上的正弦永磁體陣列；其轉子與風輪機旋轉主軸相連；所述模塊化功率變換器，包括有m個H橋單相正弦逆變電路；每個H橋單相正弦逆變電路均通過2個電氣可控開關分別與直流母線正極和負極相連接；每個H橋單相正弦逆變電路均通過1個電氣可控開關與容錯風力發電機的1個發電繞組相相連接；所述多傳感器信號檢測器，包括風速傳感器、轉速傳感器、電壓傳感器、電流傳感器；實現對風速、風輪機轉速、容錯風力發電機轉速以及其m個繞組相的電壓和電流的檢測；所述設備電氣故障判別與指示器，根據對多傳感器信號檢測器提供的容錯風力發電機m個繞組的電壓和電流信號的分析，向容錯決策內環控制器提供出容錯風力發電機k個故障繞組相的編號，以及k個故障繞組相的故障類型，其中k≤m；並利用顯示設備指示出k個故障繞組相的編號及其對應的故障類型；所述全風速最優轉矩外環控制器，根據風輪機的風能吸收最佳轉矩曲線關係以及多傳感器信號檢測器提供的風速、風輪機轉速、容錯風力發電機轉速以及其m個發電繞組相的電流和電壓信號，向容錯決策內環控制器提供最優發電總電流控制指令信號；所述容錯決策內環控制器，根據最優發電總電流控制指令信號和k個故障繞組相編號，按照協調等容分配算法，計算出容錯風力發電機(m-k)個非故障繞組相各自的最優發電相電流指令信號；所述邏輯切換與脈寬調製驅動器，根據容錯決策內環控制器提供的容錯風力發電機(m-k)個非故障繞組相各自的最優發電相電流指令信號，形成對應(m-k)個非故障相H橋單相正弦逆變電路的PWM控制信號；以及k個故障相對應的H橋單相正弦逆變電路中3k個電氣可控開關的斷開控制信號；容錯風力發電機m個定子電磁隔離齒和m個定子電樞發電齒在定子圓周空間裡，均勻等間隔交錯排列，其末端均具有極靴結構，以獲得較好的磁場...