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為抵御大風(fēng)等自然界外力對(duì)建筑物、構(gòu)筑物的影響，需要在建筑物、構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)中安裝阻尼器，以減小或消除自然外力對(duì)其產(chǎn)生的不利影響。工程上常用黏滯性阻尼器進(jìn)行減震，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需電能就能工作，但不能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地控制其出力大小，無(wú)法減少或消除自然外力對(duì)構(gòu)筑物、建筑物出力大小的隨機(jī)性。

為消除自然外力產(chǎn)生的不利影響，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確控制阻尼器出力大小，應(yīng)采用磁流變阻尼器（Magneto Rheological Fluid Damper, MRFD），它可以根據(jù)自然外力大小來(lái)決定自身出力大小，控制精度較高，所需能量小，因此在制作電源方面造價(jià)較低。此外MRFD只需通過(guò)較小電流即可輸出較大阻尼力，其所需電流大小與阻尼力大小呈線性關(guān)系，易于控制與實(shí)現(xiàn)。

圖1所示為MRFD實(shí)物圖，它是通過(guò)改變通入電流大小來(lái)改變工作腔內(nèi)磁場(chǎng)的強(qiáng)度，使磁流變液的表觀黏度發(fā)生變化，進(jìn)而改變其出力大小的一種減震設(shè)備。改變MRFD所需電流的大小可以控制其出力大小，因此需要電源系統(tǒng)具有能精確調(diào)節(jié)輸入MRFD電流的功能。

有學(xué)者以汽車(chē)磁流變緩沖裝置的阻抗特性和勵(lì)磁電流響應(yīng)技術(shù)為基礎(chǔ)，提出推挽+Buck電路為主電路拓?fù)鋵?duì)磁流變緩沖器進(jìn)行電流控制，其輸出電流在0～3A電流范圍內(nèi)可調(diào)，驅(qū)動(dòng)負(fù)載的上升時(shí)間和下降時(shí)間分別小于5ms和10ms。但它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所需器件多，適用于汽車(chē)碰撞過(guò)程中的控制，不適合在大型框架上安裝運(yùn)行。

有學(xué)者采用自供電技術(shù)的MRFD內(nèi)部狀態(tài)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用發(fā)電機(jī)將服役狀態(tài)下的MRFD中磁流變液的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，為MRFD提供能量，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高等優(yōu)點(diǎn)。雖然該研究采用自供電技術(shù)給MRFD提供能量，但發(fā)電機(jī)不宜于安裝在構(gòu)筑物、建筑物的結(jié)構(gòu)框架上，不便于運(yùn)行與維護(hù)，此外該系統(tǒng)控制電路的電能來(lái)源于電網(wǎng)，若MRFD安裝在遠(yuǎn)離電網(wǎng)的場(chǎng)合時(shí)，無(wú)法解決電能來(lái)源問(wèn)題。

圖1 MRFD實(shí)物圖

目前，所用的MRFD電能均來(lái)自電網(wǎng)（包括蓄電池），但實(shí)際中MRFD會(huì)工作在遠(yuǎn)離電網(wǎng)或不易獲得電能的場(chǎng)合，例如，大型超高氣化爐、大型超高裂解爐等場(chǎng)合，MRFD被安裝于高處，不易架線對(duì)其供電，還有一些需安裝MRFD的構(gòu)建筑物，附近無(wú)架空線路，則存在無(wú)法獲得電能的問(wèn)題。

為了解決這一問(wèn)題，變頻技術(shù)北京市工程研究中心、北京電動(dòng)車(chē)輛協(xié)同創(chuàng)新中心、國(guó)網(wǎng)北京市電力公司平谷供電公司、國(guó)網(wǎng)北京市電力公司房山供電公司的研究人員，以太陽(yáng)能光伏電池作為電能的能量來(lái)源，提出基于MRFD的光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路拓?fù)洹?/p>

其中前級(jí)采用Buck變換器的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制容易，線路損耗小，轉(zhuǎn)換效率較高，并且前級(jí)DC-DC變換器輸入端接太陽(yáng)能光伏電池（電壓為17.5V左右），其輸出端接蓄電池（標(biāo)稱(chēng)電壓為12V），屬于降壓式，宜選用Buck變換器；后級(jí)采用Buck變換器的優(yōu)點(diǎn)：從能量守恒角度分析，在輸入相同能量的情況下，選用Buck降壓變換器，則輸出電流范圍較大，適合MRFD需要，再?gòu)慕Y(jié)構(gòu)分析可知，MRFD可等效為Buck輸出端的電感，電源所需器件少，結(jié)構(gòu)和體積有所減小，總之后級(jí)采用Buck變換器最為適宜。

圖2 基于MRFD的光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路拓?fù)?/p>

選用太陽(yáng)能作為能量的來(lái)源是因?yàn)樘?yáng)能光伏電池在發(fā)電方面不會(huì)產(chǎn)生噪聲污染，也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，易于運(yùn)行與維護(hù)，相對(duì)于其他可再生能源（如風(fēng)能等）受地理位置限制較小，無(wú)需特意架線進(jìn)行供電，只需在用電場(chǎng)合鋪設(shè)太陽(yáng)能光伏電池即可實(shí)現(xiàn)，為克服光伏發(fā)電的間歇性，增設(shè)了蓄電池，彌補(bǔ)了夜晚、陰雨天不能供電的問(wèn)題。

針對(duì)主電路拓?fù)溆刑?yáng)能光伏電池和蓄電池兩個(gè)供電單元的特點(diǎn)，許多文獻(xiàn)研究了系統(tǒng)能量管理控制策略，但其負(fù)載均為純阻性負(fù)載，所需電源為電壓源。

圖3 系統(tǒng)運(yùn)行模式判斷流程

而研究人員以MRFD為負(fù)載，所需電源為電流源，為此他們根據(jù)MRFD安裝位置遠(yuǎn)離電網(wǎng)或不易獲得電能的實(shí)際情況，提出將新能源融入到電源中，結(jié)合太陽(yáng)能光伏電池、蓄電池以及MRFD特性設(shè)計(jì)了兩級(jí)Buck主電路拓?fù)?，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制，所需器件少，成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)。

圖4 系統(tǒng)控制框圖

因此為保證MRFD正常運(yùn)行，實(shí)時(shí)控制其出力大小，研究基于MRFD的光伏發(fā)電系統(tǒng)能量管理控制具有實(shí)際意義，其控制目標(biāo)是根據(jù)太陽(yáng)能光伏電池、蓄電池以及MRFD之間能量流動(dòng)關(guān)系，合理協(xié)調(diào)各級(jí)電路運(yùn)行于不同模式，使電源系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)，給MRFD提供所需的電流。

研究人員通過(guò)搭建系統(tǒng)仿真模型和實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，驗(yàn)證了主電路拓?fù)涞目尚行院湍芰抗芾砜刂撇呗缘恼_性，使電源系統(tǒng)能運(yùn)行于最佳工作狀態(tài)，快速、準(zhǔn)確地給MRFD提供所需電流，并產(chǎn)生相應(yīng)阻尼力。但在實(shí)驗(yàn)階段僅用光伏模擬器進(jìn)行供電，無(wú)法真正驗(yàn)證天氣多變情況下進(jìn)行穩(wěn)定供電，為此后續(xù)將用太陽(yáng)能光伏電池在實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

以上研究成果發(fā)表在2019年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊2，論文標(biāo)題為“基于光伏發(fā)電系統(tǒng)的磁流變阻尼器電源”，作者為陳亞愛(ài)、劉明遠(yuǎn)、周京華、邱歡。