波浪能集群能量捕获的发电控制系统研究

来源 :深圳大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:arthur2020
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波浪能是一种清洁绿色的可再生能源,有着分布广阔和储量巨大的优点。海洋能源的开发与利用可以优化能源结构,是未来发展的重要战略。波浪能具有较高的功率密度,其平均密度高于其它可再生能源。但由于海浪运动的不平稳性、间歇性与分布不均匀等特点,导致对波浪能的收集和二次利用存在着效率低与利用率不高,进而限制了波浪能行业发展。而微电网的发展推动着各种分布式能源的广泛应用,将波浪能整合到微电网可以大大提高波浪能的利用效率。因而本文在基直流微电网的基础上,对波浪能集群发电控制系统开展了以下研究:首先,根据波浪运动的特点采用直驱式发电机对波浪能进行提取,提高了发电效率。对波浪运动和直驱发电机建立模型,模拟波浪能提取的过程并得到输出特性曲线。通过接入不可控整流器将收集到的交流电转为直流电,是后续接入直流母线的前提。其次,由于波浪运动的间歇性与随机性导致波浪能发电机的瞬时输出不稳定,不能直接接入母线。为此提出了一种策略,利用超级电容的充放电特性可以与波浪能发电机一通接入,与波浪能发电机组成一个单元,当波浪能发电机输出不足时补偿能量输出,在输出盈余时吸收能量,平抑单元的功率输出。最后通过仿真验证了单个单元可以满足功率波动条件下的功率稳定输出。然后,在单个单元平稳运行的条件下,提出一种多单元协同控制策略,该策略在满足发在需求和保证多单元同时输出的前提下,根据多单元网络拓扑关系进行信息交互的获得每个单元的实时能量状态,并动态分配其输出,使能量水平较高的单元输出较高的功率,逐步实现各节点能量状态的一致性。最后,根据波浪能发电阵列的结构搭建实物系统,利用旋转电机拖动直线电机模拟在浮子在海浪中上下运动带动动子提取波浪能。将DSP作为主控制器,基于模型的设计方法,对上述的控制策略和系统进行实物实验,测试了系统的性能并验证了控制策略的有效性。
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