磁悬浮风力发电机发展及其控制策略研究

周亦圆

摘 要：现代社会经济的快速发展使我国社会各领域加大了对电力资源的需求，作为新能源体系中最为关键的风力发电成为支撑该领域健康发展的核心技术，尤其是磁悬浮风力发电机的应用为该领域的快速发展提供了新的契机。本文就当前国内磁悬浮风力发电机发展现状及其控制策略进行深入探讨。

关键词：磁悬浮；风力发电机；控制策略；现状

21世纪以来，世界经济的快速发展加大了对煤炭、石油等化石燃料的消耗量，各国为了确保可以应对将来可能发生的能源危机，开始大力开发新型清洁能源技术，风能作为自然界中取之不尽、用之不竭的一种清洁能源广受新能源领域的亲睐。

1.磁悬浮风力发电机发展现状

现阶段国际上很多研究机构纷纷开展关于磁悬浮风力发电机技术的研究，并且当前已有水平轴磁悬浮风力发电机与垂直轴磁悬浮风力发电机应用于实践中：水平轴磁悬浮风力发电机主要依靠风轮围绕水平轴进行运转，风轮在旋转过程中其平面与风向保持在垂直状态；垂直轴磁悬浮风力发电机是依靠风轮围绕垂直轴进行运转的磁悬浮风机技术。英国爱丁堡大学与荷兰代尔福特理工大学于2010年联合开发了一种发电机转子机构，该技术的问世使磁悬浮轴承代替了传统风机中的机械轴承结构。相关调查数据显示，磁悬浮轴承的重量比传统机械轴承重量降低了近45%左右，对于风力发电机来说，利用磁悬浮轴承可以有效弥补其传统技术中的缺陷问题。现阶段国内的北京航空航天大学、山东科技大学以及香港理工大学等多个名校均开展了关于磁悬浮风力发电机领域相关技术的研究，MUCE在多家大学专家的协作下于2002年生产出了首台新型垂直轴磁悬浮风力发电机产品，并且于2007年将新型垂直轴风机的功率扩展至200瓦左右。该种磁悬浮风力发电机在运行中具有低风速启动、无噪音以及发电效率高等特点，主要是以永磁悬浮技术与自动迎风护罩式相结合的技术作为支撑，这一产品的问世，代表我国磁悬浮风力发电机技术的研究已处于国际领先水平，并且在很多地区均有进行磁悬浮风力发电机的生产。

2.磁悬浮风力发电机的控制策略

（1）风电机组的控制技术。磁悬浮风力发电机技术在研究中要实现启动控制策略、停车控制策略、自动对风控制策略、安全停机控制策略等多个方面的研究，同时也要基于运行环境状态来对其内部进行自动控制调整，所以磁悬浮风力发电机主要是依靠变桨距控制技术、最佳叶尖速比控制技术、变速运行控制技术、闭环控制技术、数字PID控制技术、变频恒频控制技术、优化反馈控制技术以及增益调度控制技术等多门先进技术作为支撑。

磁悬浮风力发电机中所使用的数字PID控制技术主要有位置式PID控制算法与增量式PID控制算法两个类型。位置式PID算法在具体应用中会对其输入量不断累加，在计算机出现故障后控制执行机构会出现大幅度动作，很容易导致磁悬浮风力发电机在运行过程中出现严重的安全事故。所以相关技术领域开发出增量式PID控制算法来弥补位置时PID算法的缺陷，这对进一步提高整个磁悬浮风力发电机运行中的安全性、稳定性有着重要作用。

（2）磁悬浮控制技术。现阶段磁悬浮技术开始被成功应用于风力发电机领域，对于磁悬浮风力发电机技术来说，实现动态下的稳定悬浮是其主要内容，并且其所使用的磁悬浮控制系统决定了整个转子系统的性能，所以关于磁悬浮风力发电机中磁悬浮控制策略的研究是一个关键内容。现阶段学界基于智能控制技术及各种改进算法下提出了PID控制算法、神经网络、模糊控制、自适应控制、矢量控制以及最优控制等多个控制策略。上述多种控制策略在研究过程中均考虑了其稳定性、快速性以及鲁棒性等特征。本文认为，对于磁悬浮风力发电机中磁悬浮技术控制策略的选择，必须要将鲁棒性最强的控制策略作为其主要选择与研究方向，只有这样，才能确保磁悬浮控制策略的应用可以满足系统运行要求，这也关系到整个磁悬浮风力发电机在运行中的整体效率能否满足新能源领域的发展要求。

3.结语

综上所述，磁悬浮风力发电机与传统机械轴承式风力发电机相比，前者具有极强的优势性能，所以关于磁悬浮风力发电机的研究在国内外势必会掀起新一轮热潮，只有这样，才能确保我国风力发电企业可以通过磁悬浮风力发电机的应用来创造更多社会效益。

参考文献：

[1]李丽君.磁悬浮风力发电机用锥形被动磁轴承分析与设计[J].轴承， 2010，（1）.

[2]肖林京.磁悬浮风力发电机转子系统的研究[J].机械设计与制造， 2010，（6）.