散文精选网磁流变阻尼器
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为解决磁流变阻尼器安装位置远离电网、不易获得电能的问题，变频技术北京市工程研究中心（北方工业大学）、北京电动车辆协同创新中心（北京理工大学）、国网北京市电力公司平谷供电公司、国网北京市电力公司房山供电公司的研究人员陈亚爱、刘明远、周京华、邱欢，在2019年《电工技术学报》增刊2上撰文，提出两级Buck主电路拓扑，该拓扑主要由太阳能光伏电池和蓄电池两种供电单元组成，将新能源引入到磁流变阻尼器的供电电源中，很好地解决了磁流变阻尼器工作在远离电网或不易获得电能的问题。
为抵御大风等自然界外力对建筑物、构筑物的影响，需要在建筑物、构筑物的结构中安装阻尼器，以减小或消除自然外力对其产生的不利影响。工程上常用黏滞性阻尼器进行减震，其优点是结构简单，无需电能就能工作，但不能实时准确地控制其出力大小，无法减少或消除自然外力对构筑物、建筑物出力大小的随机性。
为消除自然外力产生的不利影响，实时准确控制阻尼器出力大小，应采用磁流变阻尼器（Magneto Rheological Fluid Damper, MRFD），它可以根据自然外力大小来决定自身出力大小，控制精度较高，所需能量小，因此在制作电源方面造价较低。此外MRFD只需通过较小电流即可输出较大阻尼力，其所需电流大小与阻尼力大小呈线性关系，易于控制与实现。
图1所示为MRFD实物图，它是通过改变通入电流大小来改变工作腔内磁场的强度，使磁流变液的表观黏度发生变化，进而改变其出力大小的一种减震设备。改变MRFD所需电流的大小可以控制其出力大小，因此需要电源系统具有能精确调节输入MRFD电流的功能。
有学者以汽车磁流变缓冲装置的阻抗特性和励磁电流响应技术为基础，提出推挽+Buck电路为主电路拓扑对磁流变缓冲器进行电流控制，其输出电流在0～3A电流范围内可调，驱动负载的上升时间和下降时间分别小于5ms和10ms。但它的拓扑结构所需器件多，适用于汽车碰撞过程中的控制，不适合在大型框架上安装运行。
有学者采用自供电技术的MRFD内部状态无线监测系统，利用发电机将服役状态下的MRFD中磁流变液的动能转换为电能，为MRFD提供能量，具有结构简单、集成度高等优点。虽然该研究采用自供电技术给MRFD提供能量，但发电机不宜于安装在构筑物、建筑物的结构框架上，不便于运行与维护，此外该系统控制电路的电能来源于电网，若MRFD安装在远离电网的场合时，无法解决电能来源问题。
图1 MRFD实物图
目前，所用的MRFD电能均来自电网（包括蓄电池），但实际中MRFD会工作在远离电网或不易获得电能的场合，例如，大型超高气化炉、大型超高裂解炉等场合，MRFD被安装于高处，不易架线对其供电，还有一些需安装MRFD的构建筑物，附近无架空线路，则存在无法获得电能的问题。
为了解决这一问题，变频技术北京市工程研究中心、北京电动车辆协同创新中心、国网北京市电力公司平谷供电公司、国网北京市电力公司房山供电公司的研究人员，以太阳能光伏电池作为电能的能量来源，提出基于MRFD的光伏发电系统主电路拓扑。
其中前级采用Buck变换器的优点：结构简单，控制容易，线路损耗小，转换效率较高，并且前级DC-DC变换器输入端接太阳能光伏电池（电压为17.5V左右），其输出端接蓄电池（标称电压为12V），属于降压式，宜选用Buck变换器；后级采用Buck变换器的优点：从能量守恒角度分析，在输入相同能量的情况下，选用Buck降压变换器，则输出电流范围较大，适合MRFD需要，再从结构分析可知，MRFD可等效为Buck输出端的电感，电源所需器件少，结构和体积有所减小，总之后级采用Buck变换器最为适宜。
图2 基于MRFD的光伏发电系统主电路拓扑
选用太阳能作为能量的来源是因为太阳能光伏电池在发电方面不会产生噪声污染，也不会对环境造成污染，易于运行与维护，相对于其他可再生能源（如风能等）受地理位置限制较小，无需特意架线进行供电，只需在用电场合铺设太阳能光伏电池即可实现，为克服光伏发电的间歇性，增设了蓄电池，弥补了夜晚、阴雨天不能供电的问题。
针对主电路拓扑有太阳能光伏电池和蓄电池两个供电单元的特点，许多文献研究了系统能量管理控制策略，但其负载均为纯阻性负载，所需电源为电压源。
图3 系统运行模式判断流程
而研究人员以MRFD为负载，所需电源为电流源，为此他们根据MRFD安装位置远离电网或不易获得电能的实际情况，提出将新能源融入到电源中，结合太阳能光伏电池、蓄电池以及MRFD特性设计了两级Buck主电路拓扑，该拓扑结构简单，易于控制，所需器件少，成本低廉，易于实现。
图4 系统控制框图
因此为保证MRFD正常运行，实时控制其出力大小，研究基于MRFD的光伏发电系统能量管理控制具有实际意义，其控制目标是根据太阳能光伏电池、蓄电池以及MRFD之间能量流动关系，合理协调各级电路运行于不同模式，使电源系统工作在最佳状态，给MRFD提供所需的电流。
研究人员通过搭建系统仿真模型和实验样机，验证了主电路拓扑的可行性和能量管理控制策略的正确性，使电源系统能运行于最佳工作状态，快速、准确地给MRFD提供所需电流，并产生相应阻尼力。但在实验阶段仅用光伏模拟器进行供电，无法真正验证天气多变情况下进行稳定供电，为此后续将用太阳能光伏电池在实际环境中进行实验。
以上研究成果发表在2019年《电工技术学报》增刊2，论文标题为“基于光伏发电系统的磁流变阻尼器电源”，作者为陈亚爱、刘明远、周京华、邱欢。
下载论文PDF版，请点击左下角“阅读原文”，访问期刊网站。
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