直驱发电逆变系统研究

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随着人类社会的生产力的迅速发展以及经济各方面的快速发展,化石原料已经不能再继续大范围使用,因人类不断增加传统能源带来的严重的环境问题已经成为全球的焦点,迫使人类寻求更有效的可再生能源来应对资源短缺的问题,以及解决生态环境与社会经济发展的相对问题,寻找新能源刻不容缓。海洋波浪能的开发利用在很多国家得到高度重视,各国都有专门的研究部门来研究和开发波浪能发电技术。近几年因此海洋波浪能等可再生能源在许多国家日益受到重视,尤其是研究和开发波浪能发电技术。现今波浪能发电研究主要是将波浪转换成机械能,再利用动力系统将机械能转化成所需的电能。现有的波浪能利用技术包括振荡水柱式,鸭式、摆式及其其他型式。但中间的转换装置发电系统较为复杂,成本高,发电效率达不到预期目标以及发电系统的维修成本高,驱使人类去研究一种可以直接利用机械运动转换为电能,省去中间复杂的诸多问题。若直驱式波能发电系统能够逆变并网,将会解决现阶段电资源不足以及因发电造成的环境污染问题将会得到进一步的控制。本文首先详细介绍ABLSRG的机械结构、电磁特性、数学模型以及运行工作原理;通过ANSYS Maxwell电磁仿真结果阐述此新型发电机机械结构设计及特点,并结合数学模型简单介绍了其发电原理,以及发电系统能量转换机制。然后,基于dSPACE平台开发单台ABLSRG波浪能发电硬件系统与软件系统,并测试单ABLSRG发电系统在控制参数变化以及环境变化时电压输出性能。接着,以单发电机波能发电系统为基础,设计并搭建单台ABLSRG波浪能发电系统。利用dSPACE平台设计研究单台开关磁阻电机的硬件系统和软件系统,并以单台波能发电系统为发电端,以逆变控制系统为逆变端,将直驱发电逆变系统从发电端到逆变端进行结合,并通过单台开关磁阻发电系统在各参数变化时电压的输出特性,逆变端将会在一个输出范围内进行工作,将单发电机波能发电系统的输出电压通过逆变控制系统后逆变成220V,50HZ的输出正弦波。逆变系统分为前级升压和后级逆变两级架构。前级采用基于SG3525的推挽式升压电路,把发电端的输出电压升压为DC400V,后级采用基于PIC16F716单片机的单极性SPWM调制的全桥逆变电路,把DC400V逆变为工频AC220V。该装置具有输入过压、欠压保护、过流保护、输出过压、欠压保护、过温保护。最终通过实验证明,输出波形失真度低、谐波少、电压稳定。最后,本文搭建基于单台直线发电机发电系统,并利用半实物仿真dSPACE平台和Matlab/Simulink结合自主设计的逆变控制系统来进行实验,为以后发电系统逆变并网作有意义尝试。
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