磁懸浮風力發電機發展及其控制策略研究

周亦圓

摘 要：現代社會經濟的快速發展使我國社會各領域加大了對電力資源的需求，作為新能源體系中最為關鍵的風力發電成為支撐該領域健康發展的核心技術，尤其是磁懸浮風力發電機的應用為該領域的快速發展提供了新的契機。本文就當前國內磁懸浮風力發電機發展現狀及其控制策略進行深入探討。

關鍵詞：磁懸浮；風力發電機；控制策略；現狀

21世紀以來，世界經濟的快速發展加大了對煤炭、石油等化石燃料的消耗量，各國為了確保可以應對將來可能發生的能源危機，開始大力開發新型清潔能源技術，風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域的親睞。

1.磁懸浮風力發電機發展現狀

現階段國際上很多研究機構紛紛開展關于磁懸浮風力發電機技術的研究，并且當前已有水平軸磁懸浮風力發電機與垂直軸磁懸浮風力發電機應用于實踐中：水平軸磁懸浮風力發電機主要依靠風輪圍繞水平軸進行運轉，風輪在旋轉過程中其平面與風向保持在垂直狀態；垂直軸磁懸浮風力發電機是依靠風輪圍繞垂直軸進行運轉的磁懸浮風機技術。英國愛丁堡大學與荷蘭代爾福特理工大學于2010年聯合開發了一種發電機轉子機構，該技術的問世使磁懸浮軸承代替了傳統風機中的機械軸承結構。相關調查數據顯示，磁懸浮軸承的重量比傳統機械軸承重量降低了近45%左右，對于風力發電機來說，利用磁懸浮軸承可以有效彌補其傳統技術中的缺陷問題。現階段國內的北京航空航天大學、山東科技大學以及香港理工大學等多個名校均開展了關于磁懸浮風力發電機領域相關技術的研究，MUCE在多家大學專家的協作下于2002年生產出了首臺新型垂直軸磁懸浮風力發電機產品，并且于2007年將新型垂直軸風機的功率擴展至200瓦左右。該種磁懸浮風力發電機在運行中具有低風速啟動、無噪音以及發電效率高等特點，主要是以永磁懸浮技術與自動迎風護罩式相結合的技術作為支撐，這一產品的問世，代表我國磁懸浮風力發電機技術的研究已處于國際領先水平，并且在很多地區均有進行磁懸浮風力發電機的生產。

2.磁懸浮風力發電機的控制策略

（1）風電機組的控制技術。磁懸浮風力發電機技術在研究中要實現啟動控制策略、停車控制策略、自動對風控制策略、安全停機控制策略等多個方面的研究，同時也要基于運行環境狀態來對其內部進行自動控制調整，所以磁懸浮風力發電機主要是依靠變槳距控制技術、最佳葉尖速比控制技術、變速運行控制技術、閉環控制技術、數字PID控制技術、變頻恒頻控制技術、優化反饋控制技術以及增益調度控制技術等多門先進技術作為支撐。

磁懸浮風力發電機中所使用的數字PID控制技術主要有位置式PID控制算法與增量式PID控制算法兩個類型。位置式PID算法在具體應用中會對其輸入量不斷累加，在計算機出現故障后控制執行機構會出現大幅度動作，很容易導致磁懸浮風力發電機在運行過程中出現嚴重的安全事故。所以相關技術領域開發出增量式PID控制算法來彌補位置時PID算法的缺陷，這對進一步提高整個磁懸浮風力發電機運行中的安全性、穩定性有著重要作用。

（2）磁懸浮控制技術。現階段磁懸浮技術開始被成功應用于風力發電機領域，對于磁懸浮風力發電機技術來說，實現動態下的穩定懸浮是其主要內容，并且其所使用的磁懸浮控制系統決定了整個轉子系統的性能，所以關于磁懸浮風力發電機中磁懸浮控制策略的研究是一個關鍵內容。現階段學界基于智能控制技術及各種改進算法下提出了PID控制算法、神經網絡、模糊控制、自適應控制、矢量控制以及最優控制等多個控制策略。上述多種控制策略在研究過程中均考慮了其穩定性、快速性以及魯棒性等特征。本文認為，對于磁懸浮風力發電機中磁懸浮技術控制策略的選擇，必須要將魯棒性最強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用可以滿足系統運行要求，這也關系到整個磁懸浮風力發電機在運行中的整體效率能否滿足新能源領域的發展要求。

3.結語

綜上所述，磁懸浮風力發電機與傳統機械軸承式風力發電機相比，前者具有極強的優勢性能，所以關于磁懸浮風力發電機的研究在國內外勢必會掀起新一輪熱潮，只有這樣，才能確保我國風力發電企業可以通過磁懸浮風力發電機的應用來創造更多社會效益。

參考文獻：

[1]李麗君.磁懸浮風力發電機用錐形被動磁軸承分析與設計[J].軸承， 2010，（1）.

[2]肖林京.磁懸浮風力發電機轉子系統的研究[J].機械設計與制造， 2010，（6）.