直驱波浪集群发电网络分布式能量调度研究

来源 :深圳大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenzhong1983
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随着我国经济不断的发展,能源问题亟待解决,对环保、可持续发展的新能源开拓早已进入中国能源战略的一部分。波浪能作为海洋能的重要能源之一,蕴藏的能量十分巨大,对波浪能的开发和利用的研究将为新能源的开发迎来机遇。与传统的液压式发电和涡轮式发电技术相比,直驱式发电装置无需引入变速机构,直接利用海浪的垂直运动,将捕获的波浪能转化为电能。此类发电装置不仅能够降低设计的复杂度和成本,同时能够消除由变速机构所带来的损耗。由于单一直驱发电系统无法获取采集点以外的能量,系统的输出能力有限;而集群波浪能发电网络能实现区域海洋内的能量获取,使得整体输出总能量能够得到保证。然而,不同采集点的海洋环境不同,发电装置的能量输出不等,储能单元之间存储量不均,波浪能利用率受限。储能单元之间的能量调度是解决单元能量不均、网络整体能量均衡的关键,若能量充足的储能单元和能量较少的储能单元间实现能量流动,可实现储能单元的能量均衡,从而提高网络波浪能整体利用率。本文首先对波浪集群发电网络进行相关的理论分析,包括对本文的发电装置双边非对称的直线开关磁阻发电机(LSRG)的结构、电磁特性、数学模型以及工作原理进行了详细的介绍;对升压-降压(Buck-Boost)双向电路的工作原理以及元器件选型进行了理论分析;研究了储能元件超级电容的建模与分析以及波浪集群发电网络的架构等。进一步对波浪集群发电网络的相关硬件进行了设计,主要由两大部分组成,分别为发电部分硬件和储能部分硬件。在发电硬件部分,主要完成了波浪运动模拟装置、功率变换器板卡的设计等;在储能硬件部分,完成了DC/DC转换板卡和储能单元的设计等。接着,对波浪集群发电网络的相关控制策略进行设计,包括发电机的电压输出控制策略设计、多发电机集群电压输出控制策略设计、超级电容的充放电控制策略设计以及多储能单元间的能量调度控制策略设计等。最后,搭建了基于d SPACE和数字信号处理器(DSP)的波浪集群发电网络平台,并结合相关控制策略进行了实验验证。由波浪集群发电网络能量调度实验可得,三个超级电容在初始电压分别1.9 V、2.9 V、和3.9 V的初始条件下,依据相关的能量调度策略进行能量调度,三超级电容的稳态误差最终都能保持在±0.2 V以内,相互间电压误差不超过±0.25 V。实验结果表明,本文所提出的能量调度控制策略能够有效运用于分布式储能的直驱波浪集群发电网络中,使多储能单元的能量能够通过直流母线进行调度,最终实现多储能单元之间的稳态误差控制在±0.25 V以内。
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