基于直流微电网的分布式波浪能发电控制研究

发布时间：2020-05-12 15:38

【摘要】：海洋波浪能作为一种清洁无污染的可再生能源,具有分布广阔、可预测性好、能量密度高和全球储量丰富等特点,开发波浪能可以增加能源来源的多样性,缓解能源危机。然而,由于波浪能的间歇性、分布区域不均匀等问题,导致波浪能发电效率低、质量差、成本高,进而制约波浪能发电的应用。微电网可以整合各类分布式电源,减少分布式电源接入电网带来的不良影响。因此,本文对基于直流微电网的分布式波浪能发电控制进行了如下研究:首先,由于直驱式波浪能发电机能够简化波浪能提取过程,提高波浪能转换效率,因此本文选择以直驱式波浪能发电机为研究对象。将波浪运动简化为标准正弦运动,对波浪运动和直驱波浪能发电机建立数学模型,得到发电机的输出特性曲线。根据波浪能瞬时功率的特性,提出一种波浪能发电机最大功率跟踪策略,通过不可控三相整流和Boost电路的组合,实现发电机最大功率跟踪控制。其次,由于直驱波浪能发电机随波浪上下往复运动导致瞬时输出功率不断波动,不宜直接接入电网。本文提出一种基于储能的功率波动平抑策略,将超级电容和双向DC-DC变换器组成一个储能系统,储能系统与直驱波能发电机共同接入直流母线构成一个发电储能节点。并建立了直流微电网内发电储能节点的功率平衡模型,基于波浪能瞬时功率变化进行分段控制,实现对直驱波能发电机输出功率的调节,平抑直流母线的电压波动。最后通过仿真和实验验证了在发电机功率波动或负载变化的情况下,波浪能发电储能节点的运行能力。然后,基于直流微电网的分布式波浪能发电功率动态分配,提出一种分布式对流交互算法,每个发电储能节点按照网络拓扑关系进行状态信息交互,在始终保证分布式波浪能发电系统输出总功率与负载需求匹配的前提下,根据节点当前的储能状态与负载功率,实时协调分配每个节点当前的输出功率,最终使得每个节点内储能状态逐渐趋于一致。最后,研究了基于直流微电网的分布式波浪能发电分层控制策略,首先分析了直流微电网分层控制,包含初级下垂控制、二级电压补偿控制和三级能量控制。其中初级控制器能够解决多发电储能节点之间的电流分配,但会造成电压偏离,通过二级控制器补偿母线的电压偏离,利用三级控制器实现波浪能发电微电网与外部电网之间的能量流动。最后,通过仿真说明分层控制能够有效的调节波浪能发电直流微电网母线电压,控制与外部电网的能量交换。
【图文】：

波浪能

[11]。图1.1是国外一些典型的发电机装置，有英国OPD漂浮式海蛇波浪能发电装置[12]，丹麦的APS公司开发的Wave Dragon波浪能装置[13]，荷兰BV-AWS研发的阿基米德式波浪装置[14]，澳大利亚Energetech设计的一款振荡水柱型波浪能装置。

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较高的要求。图 1.2 直驱波浪能发电装置直驱波浪能发电装置如图1.2所示，直驱波浪能发电是利用直线发电机的结构，直线发电机的动子部分随波浪一起做上下往复运动，从而使得发电机直接产生电能，避免上述发电机复杂的转换过程，简化发电机结构、减少能量损耗、提高波浪能转换效率[16]。因此，直驱波浪能发电机已逐渐应用于波浪能发电相关研究领域[17]。1.2.2 直驱波浪能发电研究现状对直驱波浪能发电的研究大致分为两个方面：第一，对于直线永磁发电机的设计方面，如何充分结合波浪运动特性，，简化波浪能提取过程，最大化的将波浪运动的动能转换成发电机产生的电能；第二，对发电机功率输出的平滑处理方面，由于波浪运动变化的随机性和间歇性
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P743.2;P742

【参考文献】