潮流能发电系统的优化控制策略研究

发布时间：2017-10-11 09:20

  本文关键词：潮流能发电系统的优化控制策略研究

  更多相关文章： 潮流能 液压传动 最大捕获 电压及频率的稳定 建模和仿真 海上试验

【摘要】：随着全球能源日益短缺,生态环境受到极大危害,可再生能源的开发利用受到世界各国的重视,并成为现代社会发展的重要课题。潮流能具有规律性强、能量稳定等特点,比其他新能源更显优势。潮流能发电系统包含了多领域的交叉技术,发展历史相对比较短,所以还有很多关键技术问题有待解决。在潮流能发电系统中,叶轮受到不断变化的潮流冲击,使传动系统极易受到较大冲击载荷,功率也随之产生波动,导致设备失效。尤其是对于一个独立的发电系统,提高能量的捕获效率,并保障电能的品质的技术还不够完善。在对大量国内外关于潮流能发电技术资料的研究与总结的基础上,本文研究了潮流能发电系统的优化控制技术。本文采用半潜式双体船作为发电平台,与导流罩原理类似,集中来流流速,提高叶轮机工作效率;利用锚固的方式又合理解决了流向变化的自对流问题;发电装置置于双体船内部能够使机组安全工作,也方便人员操作。为解决发电系统在低流速下发电效率不高的问题,在未知潮流流速的情况下,根据最大能量捕获原理,设计液压传动系统,采用改进的登山法,通过改变步长扰动来调节变量泵排量,从而改变叶轮传动轴系中的泵的反转矩,使叶轮在不同流速时稳定地实时追踪最大功率点。针对流速的变化导致电能不稳定的问题,本文通过后续电气系统部件对电能进行一系列转换,运用模糊自整定PID调节的脉宽调制脉冲(PWM)技术调节直流变换器的开关通断,最终实现输出电压及频率的稳定。在系统理论研究的基础上,为了验证控制系统的准确性和有效性,建立潮流能捕获、液压传动、发电机、电气控制等各子系统数学模型,运用Matlab/Simulink并结合液压系统软件AMESim来完成系统的建模和仿真。并在此基础上搭建9kW液压型水平轴潮流能发电的海上试验装置,进行了海上试验并成功运行。仿真和试验结果共同验证了本文所提出的该潮流发电控制策略的可靠性与有效性。
【关键词】：潮流能 液压传动 最大捕获 电压及频率的稳定 建模和仿真 海上试验
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM612
【目录】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 引言9-17
• 1.1 研究的背景及意义9-11
• 1.2 国内外潮流能发电装置的研究进展11-15
• 1.2.1 水平轴式潮流能发电装置国内外发展现状12-14
• 1.2.2 垂直轴式潮流能发电装置国内外发展现状14-15
• 1.3 潮流能发电装置的优化及控制技术研究进展15
• 1.4 本文主要研究内容15-17
• 第二章 潮流能捕获的基本理论研究17-23
• 2.1 潮流能的原理17
• 2.2 潮流能能量转换原理17-19
• 2.3 叶片理论分析19-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 潮流能发电系统总体方案与优化理论研究23-37
• 3.1 潮流能发电试验平台结构设计23-24
• 3.2 潮流能发电系统设计方案24-29
• 3.3 潮流能发电机最大能量捕获研究分析29-35
• 3.3.1 叶轮机最大能量捕获理论29-30
• 3.3.2 最大功率追踪方法30-35
• 3.4 功率稳定输出控制分析研究35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 潮流能发电系统优化控制策略及建模仿真37-57
• 4.1 潮流能最大能量追踪策略的建立37-42
• 4.1.1 基于液压传动发电系统结构37-38
• 4.1.2 最大能量追踪控制策略设计38-41
• 4.1.3 液压系统压力稳定控制方法41-42
• 4.2 电能稳定策略的建立42-47
• 4.2.1 电气系统结构42-43
• 4.2.2 电压稳定控制策略43-47
• 4.3 系统建模47-53
• 4.3.1 潮流流速数学模型47-48
• 4.3.2 叶轮机数学模型48-49
• 4.3.3 液压传动模型的建立49-51
• 4.3.4 发电机模型51-52
• 4.3.5 电气系统仿真模型52-53
• 4.4 系统主要仿真参数53-54
• 4.5 系统仿真与分析54-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第五章 潮流发电控制系统的海上试验研究57-67
• 5.1 叶轮机的设计57
• 5.2 液压传动系统设计57-61
• 5.2.1 液压泵选型58-59
• 5.2.2 液压马达选型59
• 5.2.3 蓄能器的选型59-60
• 5.2.4 其他液压元件的选型60-61
• 5.3 机电控制系统设计61-63
• 5.3.1 发电机的选择61
• 5.3.2 传感器的选型61
• 5.3.3 控制系统61-63
• 5.4 海上试验平台63-64
• 5.5 发电机组海上试验与分析64-66
• 5.6 本章小结66-67
• 第六章 结论与展望67-68
• 6.1 结论67
• 6.2 展望67-68
• 参考 文献68-71
• 致谢71-72
• 攻读学位期间发表的学术论文目录72-73

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本文编号：1011721