發(fā)布時間：2020-09-17 11:38

　　 波浪能是一種能量密度較高的海洋可再生能源,波浪能的合理開發(fā)不但利于解決能源短缺難題,而且能夠應對邊遠海島的供能需求。漂浮擺式波浪能發(fā)電裝置具有安裝與維護簡單、可靠性高等優(yōu)點。然而,漂浮擺裝置較低的能量俘獲效率制約了其進一步的研發(fā)與應用。因此本文開展了漂浮擺式波浪能發(fā)電裝置的功率控制技術研究,旨在通過功率控制技術控制漂浮擺裝置始終工作于最優(yōu)輸出功率曲線,進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算方法,推導得出了規(guī)則波浪與不規(guī)則波浪作用下的漂浮擺動力學方程,進而完成了漂浮擺仿真模型的搭建。隨后對漂浮擺式波浪能發(fā)電裝置的永磁同步發(fā)電機、二極管全波整流器、升壓斬波電路等子模塊進行數(shù)學分析,并建立相應的仿真模型。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,用于分析波浪輸入到電能輸出之間整個系統(tǒng)的工作情況。本文在波浪能發(fā)電系統(tǒng)中引入最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制來實現(xiàn)漂浮擺裝置的最大功率輸出。針對MPPT算法的誤判問題,本文開展了基于擾動觀測法的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。仿真試驗結果和物理模型試驗結果共同表明:在規(guī)則波下,將擾動觀測法的擾動周期設定為波浪周期的整數(shù)倍,可以解決擾動觀測法的誤判問題。在不規(guī)則波下,增大擾動觀測法的擾動周期,可以改善算法的誤判問題。然而,增大擾動周期會帶來算法追蹤速度下降的負面影響。因此,對于每一種波況條件都對應存在一個最優(yōu)擾動周期。在最優(yōu)擾動周期下,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)擾動周期是一個波浪周期。不規(guī)則波下的最優(yōu)擾動周期隨著譜峰周期的增大而增大,增長幅度逐漸減小;而隨著有義波高的增大而變化不大。根據(jù)得出的關系曲線,便可依據(jù)波況條件來確定擾動觀測法擾動周期的優(yōu)化參數(shù),為擾動觀測法擾動周期的優(yōu)化提供一定的參考指導。本文提出了一種改進的適用于不規(guī)則波浪的最大功率點跟蹤算法。改進MPPT算法采用導納微分法,在此基礎上結合功率預測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劇烈造成的算法誤判問題,實現(xiàn)了在不規(guī)則波浪下對漂浮擺裝置最大功率點的實時跟蹤。相較于最優(yōu)固定負載值方法,改進MPPT算法可以實現(xiàn)更高的能量俘獲效率。改進MPPT算法對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,因此改進MPPT算法更加適合應用于譜峰周期較小的不規(guī)則波況。改進MPPT算法實現(xiàn)的能量俘獲效率提升效果是功率預測算法和最大俘獲寬度比跟蹤控制的共同作用,結合上述兩種方法的改進MPPT算法也比只基于其中一種方法的MPPT算法實現(xiàn)了更高的平均輸出功率。
【學位單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TM612;P743.2
【部分圖文】：

依據(jù)不一的設計構想，形態(tài)各異的波浪能發(fā)電裝置被研發(fā)出來并進行了大批的試驗研究逡逑ｍ。而我國在波浪能開發(fā)領域的相關科研工作開展晚于部分西方國家，然而在國家高技術逡逑研究發(fā)展計劃、可再生能源專項基金等項目的傾力支持下，我國在波浪能開發(fā)領域內取逡逑得了長足進步［６］。通常來說，被廣泛研究的波浪能開發(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）波浪能開發(fā)裝置是以空氣作為能量轉逡逑換的介質。該裝置在海面以上建造密閉的艙室，艙室內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口相互貫通。在海浪的推動下，密閉于艙室內的水柱會產(chǎn)逡逑生往復震蕩，進而壓縮艙室內的氣體，使得氣體往復通過裝置的噴嘴，帶動空氣透平不逡逑斷旋轉，進而使得發(fā)電機轉動產(chǎn)生電能。依據(jù)結構形式進行分類，ＯＷＣ波浪能發(fā)電裝置逡逑又能夠進一步區(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部分在波浪力作用下產(chǎn)生相對運動，隨后驅動液壓元件逡逑將部件的動能傳遞出去，液壓元件隨后帶動馬達旋轉，使之變化為旋轉機械能。各個部逡逑分在波浪力作用下的相對運動能夠通過能量俘獲機構（Ｐｏｗｅｒ－ｔａｋｅ－ｏｆｆ．ＰＴＯ）對其進行俘逡逑獲，最后便能夠徶到輸出電功率的目的。美國的科技公司研發(fā)的ＰＢ型波能裝置是振蕩浮逡逑子式裝置的典型代表（見圖１．３）邋Ｉ１＇選用相似形式的還有山東大學的漂浮式波能發(fā)電系逡逑統(tǒng)（見圖１．３），該裝置已經(jīng)經(jīng)過了海試的考驗⑴１２］。逡逑１邋焌‘‘逡逑邐■逡逑圖１．３美國ＯＰＴ裝置（左），山東大學主持研建的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運動能夠通過能量俘獲機構（Ｐｏｗｅｒ－ｔａｋｅ－ｏｆｆ．ＰＴＯ）對其進行俘逡逑獲，最后便能夠徶到輸出電功率的目的。美國的科技公司研發(fā)的ＰＢ型波能裝置是振蕩浮逡逑子式裝置的典型代表（見圖１．３）邋Ｉ１＇選用相似形式的還有山東大學的漂浮式波能發(fā)電系逡逑統(tǒng)（見圖１．３），該裝置已經(jīng)經(jīng)過了海試的考驗⑴１２］。逡逑１邋焌‘‘逡逑邐■逡逑圖１．３美國ＯＰＴ裝置（左），山東大學主持研建的１２０ｋＷ波浪發(fā)電系統(tǒng)（右）逡逑３逡逑

【參考文獻】

相關期刊論文 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：2820676