波浪能是一種能量密度較高的海洋可再生能源,波浪能的合理開(kāi)發(fā)不但利于解決能源短缺難題,而且能夠應(yīng)對(duì)邊遠(yuǎn)海島的供能需求。漂浮擺式波浪能發(fā)電裝置具有安裝與維護(hù)簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。然而,漂浮擺裝置較低的能量俘獲效率制約了其進(jìn)一步的研發(fā)與應(yīng)用。因此本文開(kāi)展了漂浮擺式波浪能發(fā)電裝置的功率控制技術(shù)研究,旨在通過(guò)功率控制技術(shù)控制漂浮擺裝置始終工作于最優(yōu)輸出功率曲線,進(jìn)而提高漂浮擺裝置的能量俘獲效率。本文借助波浪與漂浮擺相互作用力的計(jì)算方法,推導(dǎo)得出了規(guī)則波浪與不規(guī)則波浪作用下的漂浮擺動(dòng)力學(xué)方程,進(jìn)而完成了漂浮擺仿真模型的搭建。隨后對(duì)漂浮擺式波浪能發(fā)電裝置的永磁同步發(fā)電機(jī)、二極管全波整流器、升壓斬波電路等子模塊進(jìn)行數(shù)學(xué)分析,并建立相應(yīng)的仿真模型。最后在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建漂浮擺式波浪能發(fā)電裝置的仿真平臺(tái),用于分析波浪輸入到電能輸出之間整個(gè)系統(tǒng)的工作情況。本文在波浪能發(fā)電系統(tǒng)中引入最大功率點(diǎn)跟蹤(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)漂浮擺裝置的最大功率輸出。針對(duì)MPPT算法的誤判問(wèn)題,本文開(kāi)展了基于擾動(dòng)觀測(cè)法的MPPT算法的優(yōu)化工作,并在規(guī)則波和不規(guī)則波下制定不同的優(yōu)化方案。仿真試驗(yàn)結(jié)果和物理模型試驗(yàn)結(jié)果共同表明:在規(guī)則波下,將擾動(dòng)觀測(cè)法的擾動(dòng)周期設(shè)定為波浪周期的整數(shù)倍,可以解決擾動(dòng)觀測(cè)法的誤判問(wèn)題。在不規(guī)則波下,增大擾動(dòng)觀測(cè)法的擾動(dòng)周期,可以改善算法的誤判問(wèn)題。然而,增大擾動(dòng)周期會(huì)帶來(lái)算法追蹤速度下降的負(fù)面影響。因此,對(duì)于每一種波況條件都對(duì)應(yīng)存在一個(gè)最優(yōu)擾動(dòng)周期。在最優(yōu)擾動(dòng)周期下,可以在保證算法正確性和功率輸出最大化的前提下,使算法擁有最快的追蹤速度。規(guī)則波下的最優(yōu)擾動(dòng)周期是一個(gè)波浪周期。不規(guī)則波下的最優(yōu)擾動(dòng)周期隨著譜峰周期的增大而增大,增長(zhǎng)幅度逐漸減小;而隨著有義波高的增大而變化不大。根據(jù)得出的關(guān)系曲線,便可依據(jù)波況條件來(lái)確定擾動(dòng)觀測(cè)法擾動(dòng)周期的優(yōu)化參數(shù),為擾動(dòng)觀測(cè)法擾動(dòng)周期的優(yōu)化提供一定的參考指導(dǎo)。本文提出了一種改進(jìn)的適用于不規(guī)則波浪的最大功率點(diǎn)跟蹤算法。改進(jìn)MPPT算法采用導(dǎo)納微分法,在此基礎(chǔ)上結(jié)合功率預(yù)測(cè)算法與最大俘獲寬度比跟蹤控制,解決了由于波浪能量輸入波動(dòng)劇烈造成的算法誤判問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了在不規(guī)則波浪下對(duì)漂浮擺裝置最大功率點(diǎn)的實(shí)時(shí)跟蹤。相較于最優(yōu)固定負(fù)載值方法,改進(jìn)MPPT算法可以實(shí)現(xiàn)更高的能量俘獲效率。改進(jìn)MPPT算法對(duì)漂浮擺裝置的能量俘獲效率提升效果隨著不規(guī)則波浪譜峰周期的減小而逐漸增強(qiáng),因此改進(jìn)MPPT算法更加適合應(yīng)用于譜峰周期較小的不規(guī)則波況。改進(jìn)MPPT算法實(shí)現(xiàn)的能量俘獲效率提升效果是功率預(yù)測(cè)算法和最大俘獲寬度比跟蹤控制的共同作用,結(jié)合上述兩種方法的改進(jìn)MPPT算法也比只基于其中一種方法的MPPT算法實(shí)現(xiàn)了更高的平均輸出功率。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM612;P743.2
【部分圖文】：

依據(jù)不一的設(shè)計(jì)構(gòu)想，形態(tài)各異的波浪能發(fā)電裝置被研發(fā)出來(lái)并進(jìn)行了大批的試驗(yàn)研究逡逑ｍ。而我國(guó)在波浪能開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的相關(guān)科研工作開(kāi)展晚于部分西方國(guó)家，然而在國(guó)家高技術(shù)逡逑研究發(fā)展計(jì)劃、可再生能源專項(xiàng)基金等項(xiàng)目的傾力支持下，我國(guó)在波浪能開(kāi)發(fā)領(lǐng)域內(nèi)取逡逑得了長(zhǎng)足進(jìn)步［６］。通常來(lái)說(shuō)，被廣泛研究的波浪能開(kāi)發(fā)裝置大致包含以下幾種類型：振蕩逡逑水柱式，越浪式、振蕩浮子式以及擺式。逡逑１．２．１振蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置逡逑振蕩水柱式（Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ邋Ｗａｔｅｒ邋Ｃｏｌｕｍｎ，ＯＷＣ）波浪能開(kāi)發(fā)裝置是以空氣作為能量轉(zhuǎn)逡逑換的介質(zhì)。該裝置在海面以上建造密閉的艙室，艙室內(nèi)的海水同附近的海水相互貫通，逡逑外界大氣與位于艙室上方的開(kāi)口相互貫通。在海浪的推動(dòng)下，密閉于艙室內(nèi)的水柱會(huì)產(chǎn)逡逑生往復(fù)震蕩，進(jìn)而壓縮艙室內(nèi)的氣體，使得氣體往復(fù)通過(guò)裝置的噴嘴，帶動(dòng)空氣透平不逡逑斷旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能。依據(jù)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分類，ＯＷＣ波浪能發(fā)電裝置逡逑又能夠進(jìn)一步區(qū)分成漂浮式與固定式。逡逑

接固定于海床，能夠在海水中漂浮。然而，漂浮式收縮波道裝置的建造成本較高，這一問(wèn)逡逑題限制了它的發(fā)展與推廣。逡逑圖１．２漂浮式收縮波道裝置逡逑１．２．３振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置逡逑振蕩浮子式裝置是依靠各個(gè)部分在波浪力作用下產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，隨后驅(qū)動(dòng)液壓元件逡逑將部件的動(dòng)能傳遞出去，液壓元件隨后帶動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，使之變化為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。各個(gè)部逡逑分在波浪力作用下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)能夠通過(guò)能量俘獲機(jī)構(gòu)（Ｐｏｗｅｒ－ｔａｋｅ－ｏｆｆ．ＰＴＯ）對(duì)其進(jìn)行俘逡逑獲，最后便能夠徶到輸出電功率的目的。美國(guó)的科技公司研發(fā)的ＰＢ型波能裝置是振蕩浮逡逑子式裝置的典型代表（見(jiàn)圖１．３）邋Ｉ１＇選用相似形式的還有山東大學(xué)的漂浮式波能發(fā)電系逡逑統(tǒng)（見(jiàn)圖１．３），該裝置已經(jīng)經(jīng)過(guò)了海試的考驗(yàn)⑴１２］。逡逑１邋焌‘‘逡逑邐■逡逑圖１．３美國(guó)ＯＰＴ裝置（左），山東大學(xué)主持研建的１２０ｋＷ波浪發(fā)電系統(tǒng)（右）逡逑３逡逑

分在波浪力作用下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)能夠通過(guò)能量俘獲機(jī)構(gòu)（Ｐｏｗｅｒ－ｔａｋｅ－ｏｆｆ．ＰＴＯ）對(duì)其進(jìn)行俘逡逑獲，最后便能夠徶到輸出電功率的目的。美國(guó)的科技公司研發(fā)的ＰＢ型波能裝置是振蕩浮逡逑子式裝置的典型代表（見(jiàn)圖１．３）邋Ｉ１＇選用相似形式的還有山東大學(xué)的漂浮式波能發(fā)電系逡逑統(tǒng)（見(jiàn)圖１．３），該裝置已經(jīng)經(jīng)過(guò)了海試的考驗(yàn)⑴１２］。逡逑１邋焌‘‘逡逑邐■逡逑圖１．３美國(guó)ＯＰＴ裝置（左），山東大學(xué)主持研建的１２０ｋＷ波浪發(fā)電系統(tǒng)（右）逡逑３逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 盛松偉;張亞群;王坤林;葉寅;游亞戈;;鷹式波浪能發(fā)電裝置發(fā)電系統(tǒng)研究[J];可再生能源;2015年09期

2 石世寧;

本文編號(hào)：2820676