液态金属磁流体波浪能发电装置电能变换系统的研究与设计

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波浪能具有分布广泛,能量密度高,储量巨大的特点。中国科学院电工研究所在国内率先提出了LMMHD波浪能发电技术,它具有系统转换效率高,模块化结构,安装灵活,制造、运行维护成本低等优势。然而,由于波浪的运动特点和液态金属的高电导率,LMMHD波浪能发电机输出的是低频、低压、大电流、不稳定的单相交流电,不能直接使用,需要使用电能变换系统转换为满足用户要求的电能。目前国内LMMHD波浪能发电技术已进入实海况实验阶段,但与之配套的电能变换系统基本还处于起步阶段。所以,LMMHD波浪能发电装置电能变换系统的研究与设计已迫在眉睫。  本文主要对LMMHD波浪能发电装置的电能变换系统进行了研究,主要研究工作及取得的研究成果如下:  (1)在分析了LM MHD波浪能发电装置输出特性的基础上,结合广泛应用于新能源发电系统中的AC-DC-AC变流器的特点,确定了LMMHD波浪能发电装置电能变换系统的整体结构,并对电能变换系统的各级电路进行了对比分析,确定了不同用电场合下每级电路的具体拓扑形式。  (2)根据MHD波浪能水下充电平台某一对接系统的具体用电要求,确定了第一级为全桥不控整流滤波电路、第二级为多路并联的Boost同步整流电路的两级电能变换系统结构。对于第一级整流滤波电路,根据理论计算并结合超级电容器的特点,提出了采用超级电容器作为滤波装置的方案,并分析了影响其滤波效果的因素,这也是本文创新工作所在。对MHD波浪能充电平台的电能变换系统的主电路和控制电路参数进行了详细设计。  (3)采用MATLAB的Simulink组件对各单元电路及整体电路进行了仿真分析。通过对单元电路的仿真分析,验证了所设计的主电路以及控制电路的有效性。整体电路仿真实验结果表明:在发电机输出正弦波、方波、随机波这三种波形交流电的情况下,所设计的电能变换系统的各项指标均能满足设计目标要求,且系统具有很好的动、静态性能,所以所设计的电能变换系统更适于实际的LMMHD波浪能发电机。  (4)对电能变换系统进行了相关硬件电路的设计,并在实验室条件下完成了小功率的硬件电路实验,验证了超级电容器作为滤波装置的可行性以及理论设计的有效性。
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