《直驅式波浪發電系統的控制與聯網運行》是依託河海大學，由吳峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：直驅式波浪發電系統的控制與聯網運行
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：吳峰
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
海洋覆蓋了地球70％的面積，蘊涵著無窮的能量，海洋能中，波浪能的能量密度最大，是最有可能實現商業化套用的可再生能源之一。國外在波浪能發電方面已經開展了廣泛的研究，而國內在這方面的研究還才剛剛起步。波浪發電裝置主要有間接驅動和直接驅動兩大類。直接驅動波浪發電系統的結構簡單，能量轉化的效率高。通常直驅式波浪發電系統套用直線發電機發電，其輸出的功率是變化的，不能滿足併入電網運行的要求。本項目以直接驅動波浪發電系統為研究對象，首先分析直線電機的運行特性，設計最優解耦控制器，從波浪中獲取最大的能量；然後根據波浪發電系統的輸出功率的特點，選擇合適的儲能裝置及其接入系統方式，平滑波浪發電系統的輸出功率，並且協調控制儲能裝置和背靠背變換器，使得波浪發電滿足接入電網運行的要求，實現直驅式波浪發電系統的聯網運行。
結題摘要
本項目首先研究了直驅式波浪發電系統模型，在此基礎上提出了波浪發電系統的最優控制策略，最後構建了直驅式波浪發電系統聯網運行的電力電子變換器及其控制器。主要工作如下：（1）直驅式波浪發電系統建模。直驅式波浪發電系統模型通常由驅動系統模型和發電機模型兩部分構成。本項目首先給出了驅動系統的詳細模型、簡化模型和線性化模型。直接驅動式的波浪發電系統通常採用直線發電機來發電，而之前直線發電機模型都是建立在abc坐標中，與電力系統分析的中其他的建立在的dq坐標中的元件不相兼容。與傳統的旋轉電機不同，直線發電機的“轉子”是來回往復運動的，其速度的大小及方向都是變化的。所以提出一種改進的變速PARK變換，將直線發電機的模型轉換到dq坐標中。在dq模型的基礎上，進一步忽略定子磁鏈的動態，推到得出直線發電機的簡化模型。最後，對不同的模型進行比較分析，並給出了不同模型的使用場合。（2）提出直接驅動式波浪發電的最優控制。直驅式波浪發電系統能夠獲取最大的波浪能，必須滿足發電機的阻尼和水的阻尼相等，以及直驅式波浪發電系統與波浪發生共振兩個條件。基於dq坐標中的直線電機模型，分析了得出直線發電機的狀態變數的dq坐標中是正弦波，其具有幅值和相位兩個控制自由度，可以分別用來控制波浪發電系統的自然頻率和直線發電機的阻尼力。基於分析了直線電機在波浪浮子上作用力分析，提出了對波浪發電的最優控制，該最優控制策略不僅適用於線性、規則波，同時適用於非線性、不規則波浪。同時該控制策略是通過電力電子設備實現的，這樣提高了波浪發電系統控制的靈活性和準確性，提高了波浪發電裝置的效率。（3）構建併網背靠背變換器，並將儲能裝置套用於平滑輸出功率。首先基於VSC構建了用於波浪發電系統併網的背靠背變換器，並且設計了發電機側和網路側的控制器。由於直線電機的內電勢的幅值和頻率都是變化的，所以其發出的功率也是變化的，而電網要求發電裝置輸出恆定的功率，所以提出採用背靠背變換器中的電容器來平滑輸出功率，並設計了相應的附加控制。為了克服該結構中電容器容量過大的缺點，進一步提出採用儲能裝置來平滑波浪發電的輸出功率。分別採用分散式儲能和集中儲能兩種不同的結構，對波浪發電場的輸出功率進行平滑，並通過仿真驗證了所提出功率平滑策略的有效性，對波浪發電場接入電網運行具有重要指導意義。
