摆式波浪能发电系统建模与优化控制研究

发布时间：2020-06-30 18:14

【摘要】：随着我国国民经济的快速发展,煤、石油、天然气等化石能源大量消耗,能源与环境的矛盾非常突出。绿色清洁的可再生能源是新能源变革下的一个重要发展方向,其中波浪能的开发品位高、能流密度大,世界各海洋国家都高度重视并积极推进研发和建设。本文根据波浪能发电需求构建了一套摆式波浪能发电装置和控制系统;应用遗传算法、粒子群算法,研究了摆式波浪能发电系统的过程辨识模型;根据摆式波浪能发电系统发电原理和设备组成架构了发电过程的仿真框架,分析了系统运行状态;利用MATLAB-Simscape结合遗传优化技术设计了 Simscape-GA-PID参数优化平台,提出了一种控制参数优化策略。通过对发电系统发电原理及运行状态的分析,采用了上位机与下位机结合控制的系统。系统上位机采用iFIX软件实现对发电过程中温度、液压压力、发电机转速、电流、电压等参数的数据采集、监控和数据库管理。系统下位机采用西门子S7-1200PLC实现对发电过程中液压压力、转速等关键参数的现场测量和控制。上下位机结合控制模式,为实现关键参数的优化和控制提供了基础。在发电过程模型辨识设计中,分别运用遗传优化算法和粒子群算法研究了发电机冲转阶段、转速稳定阶段,建立了面向变工况波浪能发电的系统模型参数辨识方法,优化确定了系统的过程模型。对系统的连续式和间歇式两种发电运行模式,利用Simscape模型进行仿真分析,提取出了发电系统关键运行参数。结合Simscape-GA-PID参数优化平台提出了控制参数优化策略。应用表明:通过优化控制参数后,控制系统的超调量在连续发电和间歇发电下分别减少了 16.66%和14.67%,对变海况的波浪能发电过程控制具有良好鲁棒性,提升了发电系统的运行稳定性。
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM612;P742;P743.2
【图文】：

文献［４３］设计了yL经网络－模糊逻辑控制器，利用间接制技术控制机器与电网之间的功率传输，实现了双馈感应发电机大功率点跟踪。杨绍辉［４４］对多点直驱式波浪能发电系统智能控制ＩＤ控制方法，搭建了计算机仿真模型和试验平台，分析了在不同统的运行状态。逡逑究内容逡逑见，单一采用一种智能控制的方法对复杂的发电过程很难实现电与风力发电都是间歇式发电，在一定程度上可以借鉴在风力发控制手段相结合的控制策略来实现发电过程的控制。目前国内关的文献尚少，本课题将针对摆式波浪能发电系统采用复合智能控制研宄，对于波浪能开发利用的推进有着重要意义。逡逑收集资料

每一个阶段的能量转换都需要通过相应的装置设备来实现。通过对能量转换的阶逡逑段划分，发电装置可分为三级能量转换子系统：波浪能采集子系统、液压蓄能子系统和逡逑发电子系统。摆式波浪能发电系统的能量传递简图如图２．１所示逡逑逦！波浪能采集子系统逦压蓄能子系统＾逦发电子系统逦逡逑波浪能一级能量转换机械能二级能量转ｇ液压能三级能量转电能逡逑图２．１摆式波浪能发电系统能量传递简图逡逑第一级能量转换子系统与海水直接接触，随海浪的波动将捕获的波浪能转换为子系逡逑统的机械能；利用所获得的机械能在第二级能量转换子系统中通过液压传动装置、蓄能逡逑器等转换成液压能；最后，蓄积的液压能通过液压马达转换成旋转机械能，并带动发电逡逑机转子旋转切割磁感线发出电能。摆式波浪能发电装置系统结构如图２．２所示｜４５，￣。逡逑油温逡逑散热器逦＠逦过滤器逡逑低压回流液逦Ｐ逦４－逦逡逑！１Ｉ逡逑！安全阀Ｔ逦；逦！逡逑：（设定ｆ）逦Ｕ逦！逦ｉ低：逡逑！逦％逦！逦！逡逑！逦安}0菸逦电：逦ｉ液：逡逑Ｉ邋？逦一ｒｎ三位（设定ｐ）邋＠逦（0）邋液压马达ｉ逡逑丨！逡逑Ｓ邋＾逦｜邋转sE，逡逑海＾＞浪高＿邋１步逡逑ｒ＼ｙ＼ｒｓ＾＆＼逦发电机逡逑图２．２摆式波浪能发电系统结构逡逑９逡逑

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本文编号：2735653