振荡浮子式波浪发电系统的功率控制

发布时间：2020-04-30 07:06

【摘要】：随着经济的迅速发展,人类的发展受到资源短缺和环境污染严重的制约,可再生能源的利用得到人们的重视,在可再生能源中,传统的太阳能和风能已经被广泛的研究并投入商业利用,其中波浪能具有能源密度高,储量丰富,可预测性好等特点,但是发展还处于相对滞后的状态,波浪能是一种潜力巨大的可再生能源,为了提高波浪发电系统的发电功率,目前主要研究方向有两类:一是根据流体力学,优化采能装置的机械结构与波浪特性相匹配,实现最大化采集波浪能;二是通过控制方法实现采集的波浪能最大化转化为电能。本文针对振荡浮子式直驱波浪发电系统,研究使用无源控制以及分段控制方法使系统稳定输出最大功率。本文首先阐述了课题研究的背景和意义,介绍了波浪发电技术的两大主要组成部分:WEC(Wave Energy Converter)装置以及PTO(Power Take-off)装置,对振荡浮子式WEC装置以及PTO控制策略的研究现状与发展历程进行详细介绍和分析,并对无源控制的起源发展进行简要介绍。其次,建立了系统的模型,系统模型的建立分为了两部分,浮子模型的建立以及永磁同步直线发电机模型建立,对垂直圆柱体浮子受到的波浪力通过Froude-Krylov理论法进行计算,在此基础之上,分为单自由度与双自由度浮子结构对浮子受力模型进行讨论分析,并比较两种浮子结构的发电特性。建立永磁同步直线电机在不同坐标系下的数学模型,并建立电机的等效电路模型。在Matlab/Simulink环境中搭建浮子与永磁同步直线电机的仿真模型,讨论电机带三相电阻负载时各变量波形。然后,介绍无源控制与耗散型端口受控哈密顿系统(Port-Control Hamiltonian Dissipation,PCHD)的理论基础,根据浮子的受力模型建立PCHD模型,构造系统能量函数,并对能量函数进行塑形,使塑形后的能量函数满足Lyapunov稳定性判定定理,从而求得系统的控制律,并通过注入阻尼和增加互联矩阵的方法改善系统的控制律。仿真验证无源控制分别在规则波和不规则波下的稳定性。最后,在无源控制确保系统渐近稳定的基础之上,引入低速空载储能-高速带载发电的分段控制策略提高系统的输出功率,结合轨迹规划的方法使分段控制中负载状态切换时系统各变量平滑过渡,并对分段控制以及轨迹规划的效果进行了仿真验证。
【图文】：

分布图,波浪能,全球,分布图

华南理工大学工学硕士学位论文浪能资源总量高达7.06GW，占全国总量的55%；其他沿岸地区的波浪能资源较一般在 144~563MW 之间[8]。我国拥有漫长的海岸线和丰富的波浪能资源，但英国、美国等发达国家，对波浪能的研究起步较晚，目前很多关键性技术还处索中，大多数装置还处于早期示范阶段，我们更需要大力开展相关技术研究，利用好波浪能资源。波浪能发电可以缓解能源紧缺和环境污染的现状，本文所研究的振荡浮子式波装置相对其他波浪能发电装置来说，具有体积小，能量密度大，灵活性强的岛屿供电、国防航海以及海上资源开采具有重要的意义。

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第一章绪论和振荡物体式(Oscillating BodySystem)三种[9]，下面对这三种。水柱式波浪能转换装置置一般是岸式或者近岸式，是最早的波浪能捕获技术，第一代技术建造。OWC 装置的原理图如图 1-2 所示，装置内部含有的运动而起伏，腔体一般有两个开口，一个位于底部，海浪生振荡；另一个开口位于水面上，用来进行空气的流动，该开气透平的涡轮机。当水柱发生振荡时，，腔体内的空气将通过动，从而驱动涡轮机旋转，带动发电机进行发电[10]。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM612;P743.2

【参考文献】