磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)展及其控制策略研究

周亦圓

摘 要：現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使我國(guó)社會(huì)各領(lǐng)域加大了對(duì)電力資源的需求，作為新能源體系中最為關(guān)鍵的風(fēng)力發(fā)電成為支撐該領(lǐng)域健康發(fā)展的核心技術(shù)，尤其是磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)的應(yīng)用為該領(lǐng)域的快速發(fā)展提供了新的契機(jī)。本文就當(dāng)前國(guó)內(nèi)磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及其控制策略進(jìn)行深入探討。

關(guān)鍵詞：磁懸浮；風(fēng)力發(fā)電機(jī)；控制策略；現(xiàn)狀

21世紀(jì)以來，世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展加大了對(duì)煤炭、石油等化石燃料的消耗量，各國(guó)為了確保可以應(yīng)對(duì)將來可能發(fā)生的能源危機(jī)，開始大力開發(fā)新型清潔能源技術(shù)，風(fēng)能作為自然界中取之不盡、用之不竭的一種清潔能源廣受新能源領(lǐng)域的親睞。

1.磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段國(guó)際上很多研究機(jī)構(gòu)紛紛開展關(guān)于磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)的研究，并且當(dāng)前已有水平軸磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)與垂直軸磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用于實(shí)踐中：水平軸磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要依靠風(fēng)輪圍繞水平軸進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，風(fēng)輪在旋轉(zhuǎn)過程中其平面與風(fēng)向保持在垂直狀態(tài)；垂直軸磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)是依靠風(fēng)輪圍繞垂直軸進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的磁懸浮風(fēng)機(jī)技術(shù)。英國(guó)愛丁堡大學(xué)與荷蘭代爾福特理工大學(xué)于2010年聯(lián)合開發(fā)了一種發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)，該技術(shù)的問世使磁懸浮軸承代替了傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)中的機(jī)械軸承結(jié)構(gòu)。相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，磁懸浮軸承的重量比傳統(tǒng)機(jī)械軸承重量降低了近45%左右，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說，利用磁懸浮軸承可以有效彌補(bǔ)其傳統(tǒng)技術(shù)中的缺陷問題。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)的北京航空航天大學(xué)、山東科技大學(xué)以及香港理工大學(xué)等多個(gè)名校均開展了關(guān)于磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的研究，MUCE在多家大學(xué)專家的協(xié)作下于2002年生產(chǎn)出了首臺(tái)新型垂直軸磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品，并且于2007年將新型垂直軸風(fēng)機(jī)的功率擴(kuò)展至200瓦左右。該種磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中具有低風(fēng)速啟動(dòng)、無噪音以及發(fā)電效率高等特點(diǎn)，主要是以永磁懸浮技術(shù)與自動(dòng)迎風(fēng)護(hù)罩式相結(jié)合的技術(shù)作為支撐，這一產(chǎn)品的問世，代表我國(guó)磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)的研究已處于國(guó)際領(lǐng)先水平，并且在很多地區(qū)均有進(jìn)行磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)。

2.磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制策略

（1）風(fēng)電機(jī)組的控制技術(shù)。磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)在研究中要實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)控制策略、停車控制策略、自動(dòng)對(duì)風(fēng)控制策略、安全停機(jī)控制策略等多個(gè)方面的研究，同時(shí)也要基于運(yùn)行環(huán)境狀態(tài)來對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行自動(dòng)控制調(diào)整，所以磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要是依靠變槳距控制技術(shù)、最佳葉尖速比控制技術(shù)、變速運(yùn)行控制技術(shù)、閉環(huán)控制技術(shù)、數(shù)字PID控制技術(shù)、變頻恒頻控制技術(shù)、優(yōu)化反饋控制技術(shù)以及增益調(diào)度控制技術(shù)等多門先進(jìn)技術(shù)作為支撐。

磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)中所使用的數(shù)字PID控制技術(shù)主要有位置式PID控制算法與增量式PID控制算法兩個(gè)類型。位置式PID算法在具體應(yīng)用中會(huì)對(duì)其輸入量不斷累加，在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障后控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)大幅度動(dòng)作，很容易導(dǎo)致磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。所以相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域開發(fā)出增量式PID控制算法來彌補(bǔ)位置時(shí)PID算法的缺陷，這對(duì)進(jìn)一步提高整個(gè)磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的安全性、穩(wěn)定性有著重要作用。

（2）磁懸浮控制技術(shù)。現(xiàn)階段磁懸浮技術(shù)開始被成功應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)領(lǐng)域，對(duì)于磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)來說，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)下的穩(wěn)定懸浮是其主要內(nèi)容，并且其所使用的磁懸浮控制系統(tǒng)決定了整個(gè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的性能，所以關(guān)于磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)中磁懸浮控制策略的研究是一個(gè)關(guān)鍵內(nèi)容。現(xiàn)階段學(xué)界基于智能控制技術(shù)及各種改進(jìn)算法下提出了PID控制算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、自適應(yīng)控制、矢量控制以及最優(yōu)控制等多個(gè)控制策略。上述多種控制策略在研究過程中均考慮了其穩(wěn)定性、快速性以及魯棒性等特征。本文認(rèn)為，對(duì)于磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)中磁懸浮技術(shù)控制策略的選擇，必須要將魯棒性最強(qiáng)的控制策略作為其主要選擇與研究方向，只有這樣，才能確保磁懸浮控制策略的應(yīng)用可以滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求，這也關(guān)系到整個(gè)磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中的整體效率能否滿足新能源領(lǐng)域的發(fā)展要求。

3.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)與傳統(tǒng)機(jī)械軸承式風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，前者具有極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)性能，所以關(guān)于磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究在國(guó)內(nèi)外勢(shì)必會(huì)掀起新一輪熱潮，只有這樣，才能確保我國(guó)風(fēng)力發(fā)電企業(yè)可以通過磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)的應(yīng)用來創(chuàng)造更多社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]李麗君.磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)用錐形被動(dòng)磁軸承分析與設(shè)計(jì)[J].軸承， 2010，（1）.

[2]肖林京.磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造， 2010，（6）.