傅氏分析反步法直驱型海浪发电系统功率优化控制
发布时间：2021-07-31 16:05
为研究波浪发电系统最大波浪能捕获问题,根据浮子的水动力方程和永磁同步直线电机的状态方程,建立了振荡浮子直驱式波浪发电系统的数学模型。提出等效电路图法模拟浮子的水动力模型。针对随机海浪波,采用傅里叶分析法将波浪发电系统分解为多个频率的正弦子系统,分别构造最大功率传输条件实现最大波浪能捕获,优化了传统的控制方法。采用反步法设计控制律,构造Lyapunov函数跟踪发电机状态。仿真结果表明,采用反步法可实现发电机状态的紧密跟踪。在随机波的条件下,所提傅氏分析法对传统算法的优化效果明显,提高了波能转换效率,结合反步法控制发电机可实现最大波浪能捕获,具有一定的实用性。
【文章来源】：电测与仪表. 2018,55(18)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
波浪发电振荡浮子装置Fig．1Oscillatingbuoydeviceinwavegeneratingsystems
馕?喔稣?易酉低常?直鸸乖熳钣殴β蚀?涮?件，结果叠加后，计算出反电磁力Fg及电机q轴电流的参考值，运用反步法进行电机状态跟踪控制，从而实现最大波浪能捕获。1直驱式波浪发电系统的数学模型1．1波浪发电系统在多种波浪发电技术方案中，振荡浮子式直驱波浪发电系统较为典型，通过缆线将模型中的发电系统连接于海床，浮子块漂浮于海面上，如图1示。浮子块随波振荡，通过传动机构，驱动永磁同步直线发电机做往复直线运动发电，经整流和升压斩波，通过逆变调整后馈入电网［13］，如图2示。图1波浪发电振荡浮子装置Fig．1Oscillatingbuoydeviceinwavegeneratingsystems图2波浪发电系统模型Fig．2Modelofwavegeneratingsystems1．2振荡浮子水动力模型针对单一垂直自由度运动的直驱型波浪发电系统，据牛顿第二定律，浮子块的运动方程为:M¨x=Fh+Fg－G(1)式中M为动子和浮子等运动部件的总质量;x为动子位置;Fh表示由海水压强作用在浮子垂直方向上的分力;Fg为电磁力;G为运动部件总重力。当浮子运动及海浪幅值较小时，Fh可表示如下:Fh=Fk+Fr+Fhs(2)式中Fhs为静浮力;Fr为辐射力;Fk表示波浪输入作用在浮子上的力。针对规则的海浪波，辐射力Fr表示如下［14］:Fr=－A¨x－B?x(3)式中B为辐射力产生的阻尼系数;A为附加质量，即浮子起伏运动而激励的水的质量。取适当的基准，使x表示浮子下沉的深度，有［14］:Fhs=－ρgSx=－Kx(4)式中S为浮子的水线面;g为重力加速度;ρ为水的密度。将式(2)～
增益为k1=k2=10。图4反步法的电机状态跟踪效果Fig．4Effectofmachinestatetrackingbyback-steppingmethod图5正弦海浪波下采用Fourier分析法的系统状态Fig．5SystemstatebyFourieranalysismethodundersineseawave图4说明，反步法可使波浪发电系统的状态很好地跟踪给定值。由图5～图6知，在严格正弦海浪波下，Fourier分析的优化效果并不明显:动子速度与海浪波保持同相，且平均功率无差别，均为12．1kW。由图7和图9可看出，当海浪输入为非正弦波时，未采用Fourier分析法的模型中，海浪波Fk与动子速度v间存在一定的相位差。加入Fourier分析法优化后，从峰值及过零点的时间点上看，稳态下动子速度与海浪输入的各次谐波均完全同相，波形相似。采用等效电路图法，由图8可知当海浪波形较接近正弦波时，无Fourier分析的平均功率约为13．7kW，有Fourier分析时为14．1kW。而据图10知，当波形畸变较大时，无Fourier分析的平均功率约为15．2kW，有Fourier分图6正弦海浪波下不同控制方式的平均输出功率Fig．6Averagepowerofdifferentcontrolalgorithmunderstrictsineseawave图7一类随机海浪下采用Fourier分析的系统状态Fig．7SystemstateofFourieranalysismethodunderonekindofrandomseawave析时为16．1kW。由此可见，当海浪输入波为非正弦波浪的情况下，采用Fourier分析法效果显著，且海浪输入的谐波畸变率越大，Fourier分析法的优势越明显。图8一类随机波下不同控制方式的平均功率Fig．8Averagepowerofdifferentcontrolalgorithmunderonekindofrandomwave—16—第55卷第18期?
【参考文献】：
期刊论文
[1]并网AWS波浪发电场等效建模[J]. 秦川,管维亚,鞠平,吴峰. 电力自动化设备. 2015(11)
[2]直驱式波浪发电系统输出功率的短期预测[J]. 霍政界,吴峰,陶爱峰,方静,鞠平,秦川. 电力系统自动化. 2014(21)
[3]直驱式波浪发电系统的输出功率平滑控制策略[J]. 李凯,吴峰,秦川,鞠平. 电力系统及其自动化学报. 2014(03)
[4]直驱型海浪发电系统输出功率优化控制策略[J]. 康庆,肖曦,聂赞相,黄立培. 电力系统自动化. 2013(03)
硕士论文
[1]漂浮式直驱波浪能发电装置设计与研究[D]. 邹伟.上海海洋大学 2016
本文编号：3313769
【文章来源】：电测与仪表. 2018,55(18)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
波浪发电振荡浮子装置Fig．1Oscillatingbuoydeviceinwavegeneratingsystems
馕?喔稣?易酉低常?直鸸乖熳钣殴β蚀?涮?件，结果叠加后，计算出反电磁力Fg及电机q轴电流的参考值，运用反步法进行电机状态跟踪控制，从而实现最大波浪能捕获。1直驱式波浪发电系统的数学模型1．1波浪发电系统在多种波浪发电技术方案中，振荡浮子式直驱波浪发电系统较为典型，通过缆线将模型中的发电系统连接于海床，浮子块漂浮于海面上，如图1示。浮子块随波振荡，通过传动机构，驱动永磁同步直线发电机做往复直线运动发电，经整流和升压斩波，通过逆变调整后馈入电网［13］，如图2示。图1波浪发电振荡浮子装置Fig．1Oscillatingbuoydeviceinwavegeneratingsystems图2波浪发电系统模型Fig．2Modelofwavegeneratingsystems1．2振荡浮子水动力模型针对单一垂直自由度运动的直驱型波浪发电系统，据牛顿第二定律，浮子块的运动方程为:M¨x=Fh+Fg－G(1)式中M为动子和浮子等运动部件的总质量;x为动子位置;Fh表示由海水压强作用在浮子垂直方向上的分力;Fg为电磁力;G为运动部件总重力。当浮子运动及海浪幅值较小时，Fh可表示如下:Fh=Fk+Fr+Fhs(2)式中Fhs为静浮力;Fr为辐射力;Fk表示波浪输入作用在浮子上的力。针对规则的海浪波，辐射力Fr表示如下［14］:Fr=－A¨x－B?x(3)式中B为辐射力产生的阻尼系数;A为附加质量，即浮子起伏运动而激励的水的质量。取适当的基准，使x表示浮子下沉的深度，有［14］:Fhs=－ρgSx=－Kx(4)式中S为浮子的水线面;g为重力加速度;ρ为水的密度。将式(2)～
增益为k1=k2=10。图4反步法的电机状态跟踪效果Fig．4Effectofmachinestatetrackingbyback-steppingmethod图5正弦海浪波下采用Fourier分析法的系统状态Fig．5SystemstatebyFourieranalysismethodundersineseawave图4说明，反步法可使波浪发电系统的状态很好地跟踪给定值。由图5～图6知，在严格正弦海浪波下，Fourier分析的优化效果并不明显:动子速度与海浪波保持同相，且平均功率无差别，均为12．1kW。由图7和图9可看出，当海浪输入为非正弦波时，未采用Fourier分析法的模型中，海浪波Fk与动子速度v间存在一定的相位差。加入Fourier分析法优化后，从峰值及过零点的时间点上看，稳态下动子速度与海浪输入的各次谐波均完全同相，波形相似。采用等效电路图法，由图8可知当海浪波形较接近正弦波时，无Fourier分析的平均功率约为13．7kW，有Fourier分析时为14．1kW。而据图10知，当波形畸变较大时，无Fourier分析的平均功率约为15．2kW，有Fourier分图6正弦海浪波下不同控制方式的平均输出功率Fig．6Averagepowerofdifferentcontrolalgorithmunderstrictsineseawave图7一类随机海浪下采用Fourier分析的系统状态Fig．7SystemstateofFourieranalysismethodunderonekindofrandomseawave析时为16．1kW。由此可见，当海浪输入波为非正弦波浪的情况下，采用Fourier分析法效果显著，且海浪输入的谐波畸变率越大，Fourier分析法的优势越明显。图8一类随机波下不同控制方式的平均功率Fig．8Averagepowerofdifferentcontrolalgorithmunderonekindofrandomwave—16—第55卷第18期?
【参考文献】：
期刊论文
[1]并网AWS波浪发电场等效建模[J]. 秦川,管维亚,鞠平,吴峰. 电力自动化设备. 2015(11)
[2]直驱式波浪发电系统输出功率的短期预测[J]. 霍政界,吴峰,陶爱峰,方静,鞠平,秦川. 电力系统自动化. 2014(21)
[3]直驱式波浪发电系统的输出功率平滑控制策略[J]. 李凯,吴峰,秦川,鞠平. 电力系统及其自动化学报. 2014(03)
[4]直驱型海浪发电系统输出功率优化控制策略[J]. 康庆,肖曦,聂赞相,黄立培. 电力系统自动化. 2013(03)
硕士论文
[1]漂浮式直驱波浪能发电装置设计与研究[D]. 邹伟.上海海洋大学 2016
本文编号：3313769
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