新型直驱式波浪发电系统-东南大学
直驱式风力发电系统无电压传感器的SVPWM整流控制
图3 虚拟电网磁链观测器
图中L 为电感量，要使所得的磁链幅值无差且
(4)
ωc =ω， ω为交流电压角频率。由 无相移：N = 2ω， 1 同时高频 于积分的低通性，n 次谐波被消减为n 倍，
开关谐波也被消减，所以采用磁链定向的控制方式 对谐波和干扰有良好的抑制作用。 图4为无电压传感器磁链定向空间矢量脉宽调 制(S V P W M)整流控制系统框图，该系统中的定向矢 量为磁链，磁链由式(3)可求得。
2 1 ν α = 3 V dc[ S a - 2 (S b+ S c)] 3 ν β= 3 V dc(S b - S c) 将式(1)中方程两边同时积分，即： (2)
为0，从而实现单位功率因数整流。在磁链矢量定 向控制中eq = E ，ed = 0，前馈解耦控制方程为[5]： K iI * ν q = -(K iP + s )(i q - iq )-ωLid + E (5) K iI * ν = -( K + )( i i )+ ωLi d iP d d q s 式中 K i P、K i I 为电流内环比例调节增益和积分
14 12 10 iq Vdc 520 515 510 500 495 id 0.12 0.14 t/s 0.16 0.18 490 485 480 0.20 Vdc/V 505
3 仿真结果
图5为a相电压电流波形，谐波很小，均为正弦 波，且相位相同，说明该控制方式实现了单位功率 因数整流。图6为a相电压和磁链波形，该波形证明 了图2中电动势、磁链矢量关系的正确性。
K I = 15， 电流内环参数为 K P = 6，K I = 12。 为 K P = 0.6，
图 7 显示在磁链定向正确的情况下，以Ψα 、
浅谈新型漂浮式波浪能发电装置的设计
浅谈新型漂浮式波浪能发电装置的设计当下，可再生能源是世界各国尤其是发达国家都在重点研究的课题，而海洋能作为一种极具发展前景的清洁可再生资源更是受到沿海国家的青睐。
海洋能中以波浪能的利用与研究最为典型，因其分布范围广、易于大规模利用，从而受到众多沿海国家的高度重视。
研究和开发海洋波浪能是世界各海洋国家共同努力发展的方向，海洋波浪能发电装置的开发和应用将推动清洁能源的发展进程，对解决海岛和海上装备的电力供应问题具有重大意义。
江苏连云港海域使用保护动态管理中心自2010年起，与中科院广州能源所、东南大学、河海大学等科研院所合作，从事波浪能发电装置的研究工作。
课题组提出建立独立的海洋波浪能发电装置初步设计为20kW直列漂浮式结构。
该装置在降低建造和运行维护成本、提高抗大浪冲击能力、稳定的电能输出等方面都具有明显优势。
文章将对该装置的设计原理、基本结构以及工作过程进行阐述。
1 装置总体设计通过对波浪能发电装置的整体设计、仿真设计测试、零部件研制、试验和模型实海况试验等研究，取得相关成果，以研制出结构可靠、发电持续稳定、运营和维护成本低的波浪能发电装置。
该装置为直列漂浮式波浪能发电装置，主要由采能器与连接耦合件组成，所使用的材料均为船用钢材及结构钢材，材料来源广泛且容易采购。
采能器之间通过耦合连接件连接，耦合连接件为一个适应波长的加力杆，采能器在波浪的作用下随波浪摆动，加力杆通过铰链轴的支撑作用驱动集压器活塞做两点间的往复运动，从而挤压在集压器中的液体，迫使集压器中的液体形成一个从常压→高压→常压的往复循环过程，继而高压液流输入到液压调平蓄能装置中，液压调平蓄能装置出口液流的压力与流速会根据液压发电机组的要求进行调整，经调整后的恒压恒流液流输入到液压发电机系统中进行发电，即波浪迫使采能器摆动，通过集压器的转换将波浪能量转换成液压能，进而转换成电能。
本项目研制的波浪发电装置所产出的电能可以直接输出使用，也可以储存进行二次使用。
直驱式波浪发电系统能量跟踪控制
直驱式波浪发电系统能量跟踪控制杨健;黄磊;仲伟波;胡敏强【摘要】针对直驱式波浪发电系统输出功率波动特性以及直线电机动子往复运动特性,提出一种基于永磁直线电机动子运动方向判断方法的能量跟踪控制策略.首先,根据永磁直线电机数学模型进行仿真模型的搭建和分析,并基于仿真结果设计圆筒式永磁直线电机.进而,提出波浪发电能量跟踪控制策略,并搭建直驱式波浪发电系统整体仿真模型.最后,基于设计的圆筒式永磁直线电机搭建直驱式波浪发电系统硬件模拟平台进行实验研究.通过仿真和实验验证了永磁直线电机动子运动方向判断的方法和能量跟踪控制策略的有效性.%As the output power of direct drive wave energy generation can fluctuate widely and the linear permanent magnet generator is always moving repeatedly, an energy tracking control strategy is proposed based on the method for judging the moving direction of the translator of the linear permanent magnet generator. Firstly, the simulation model of the linear permanent magnet generator is established according to the mathematical model, and the tubular linear permanent magnet generator is designed based on the simulation results. Then the energy tracking control strategy is proposed and the direct drive wave energy system simulation system is designed. In addition, a hardware platform of the direct-driven wave energy generation is established based on the tubular linear permanent magnet generator. Finally, the simulation and experimental results verify the correctness and effectiveness of the method for judging the movement direction of the translator and the energy tracking control strategy.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2017(032)0z1【总页数】9页(P21-29)【关键词】波浪能;永磁直线电机;能量跟踪控制;线性霍尔传感器【作者】杨健;黄磊;仲伟波;胡敏强【作者单位】东南大学电气工程学院南京 210000;东南大学电气工程学院南京210000;东南大学电气工程学院南京 210000;东南大学电气工程学院南京210000【正文语种】中文【中图分类】TM619近年来随着社会和经济的不断发展，能源危机和环境污染的问题日益凸显，因此，可再生能源吸引了越来越多研究学者的关注[1]。
直驱式波浪发电系统的输出功率平滑控制策略
直驱式波浪发电系统的输出功率平滑控制策略李凯;吴峰;秦川;鞠平【摘要】由于波浪的波动性和随机性,直驱式波浪发电系统的输出功率时刻波动.为满足并网要求,必须对输出功率进行平滑控制.将储能系统应用于波电输出功率平滑,选择具有响应速度快、循环寿命长特点的超级电容器储能系统,提出了2种功率平滑控制策略:一种基于低通滤波原理,通过滤除输出功率中的高频分量来平滑波动;另一种基于波电功率预测技术,滚动预测输出平均功率,克服了传统方法中平均功率难以获取的缺点.通过在理想波浪和实际波浪条件下的仿真,验证了所提出策略的有效性.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2014(026)003【总页数】6页(P20-25)【关键词】直驱式波浪发电系统;功率平滑控制;储能系统;低通滤波原理;功率预测【作者】李凯;吴峰;秦川;鞠平【作者单位】河海大学能源与电气学院,南京211100;可再生能源发电技术教育部工程研究中心,南京210098;河海大学能源与电气学院,南京211100;可再生能源发电技术教育部工程研究中心,南京210098;河海大学能源与电气学院,南京211100;可再生能源发电技术教育部工程研究中心,南京210098;河海大学能源与电气学院,南京211100;可再生能源发电技术教育部工程研究中心,南京210098【正文语种】中文【中图分类】TM73波浪能是清洁的可再生能源，开发和利用海洋波浪能对缓解能源危机和环境污染问题具有重要的意义。
近年来，波浪发电技术取得了长足的进步，各国研究人员开发了多种不同的波浪发电装置[1]，其中，直驱式波浪发电系统具有结构简单、能量转换效率高的特点，是最有前景的波浪发电系统之一。
直驱式波浪发电系统通常采用直线永磁发电机LPMG（linear permanent magnet generator）将波浪能转换为电能，由于波浪随时间连续变化，输出功率将波动，因此，必须对波浪发电系统的输出功率进行平滑，从而满足并网运行的要求。
直驱式波浪发电用全超导初级励磁直线发电机的设计与分析
直驱式波浪发电用全超导初级励磁直线发电机的设计与分析黄磊;胡敏强;余海涛;施智祥;仲伟波【摘要】初级永磁直线电机具有次级结构简单的特点,十分适用于直驱式波浪发电.基于广泛应用于波浪发电的游标混合电机和磁通切换直线电机,本文提出一种采用超导绕组的初级励磁直线发电机,该电机的性能的得到大幅提高.通过超导绕组和多齿结构的设计可提高电机的磁场能量并克服易去磁和高定位力等游标直线电机的缺点.首先,介绍了电机的基本结构和工作原理,给出了电机超导励磁绕组和电枢绕组的设计结构,并完成了超导绕组的直流导电性能测试和交流损失计算.然后,通过二维有限元法,对电机的空载特性进行仿真分析,并与相应的游标混合电机和磁通切换直线电机进行了对比.另外,对电机的负载特性进行了仿真,并将其带载能力与磁通切换直线电机进行了对比.最后,采用一台磁通切换永磁直线电机验证了对其带载能力的有限元分析结果.所有结果表明,全超导初级励磁直线发电机相对其它两类电机具有其独特的优势.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2015(030)002【总页数】7页(P80-86)【关键词】直线发电机;全超导;初级励磁;设计;有限元分析【作者】黄磊;胡敏强;余海涛;施智祥;仲伟波【作者单位】东南大学伺服控制技术教育部工程研究中心南京210096;东南大学伺服控制技术教育部工程研究中心南京210096;东南大学伺服控制技术教育部工程研究中心南京210096;东南大学物理系南京210096;东南大学伺服控制技术教育部工程研究中心南京210096【正文语种】中文【中图分类】TM359.41 引言直驱式波浪发电系统减少了中间传动机构、结构更加简单、系统转换效率更高[1]。
高效率、高功率密度的直线发电机的研发是一直是直驱式波浪发电系统的核心问题。
目前，直驱式波浪发电用直线电机主要有双馈直线感应发电机、直线同步永磁发电机、直线游标混合发电机、横向磁通直线发电机、磁通切换直线电机等多种电机[2-6]。
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2018年高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）推荐项目公示材料（发明奖（含专利类）、发明奖-直报类）1、项目名称：新型直驱式波浪发电系统2、推荐奖种：技术发明奖3、推荐单位（专家）：东南大学4、项目简介：目前世界能源消费主要以石油为导向，而它的蕴藏量不是无限的。
按照目前的使用速度，全球石油平稳供应不足40年，未来的几百年内将耗尽地球25亿年积累的化石型能源石油、煤、天然气等。
海洋占地球面积的71%，蕴藏着巨大的清洁可再生能源，包括潮汐、潮流、波浪、温差等能量。
英国Carbon Trust公司评估世界海洋波浪近岸能量约为1TW，而离岸的波浪能量更大，约10TW。
英国海洋平均有6.27GW的波浪能可以利用，相当于目前英国电能总量的14%。
我国有1.8万公里大陆岸线和1.4万公里海岛岸线，海浪能资源也很丰富。
根据我国沿岸55个海洋站一年(中等波浪)的波浪观测数据统计，全国沿岸的波浪能资源平均功率为12.8GW，相当于我国2017年总发电量的15%，因此有效利用我国波浪能资源，可以缓解我国用电，特别是海岛及沿岸的用电问题。
通常波浪能发电需要经过三级能量转换，先将波浪垂荡动能通过空气透平机构转化为旋转运动的机械能，然后带动发电机发电。
然而空气透平等中间机构运行效率很低，不会超过30%，从而影响了波浪发电系统的整体效率。
本项目发明了直驱式波浪发电系统，即用直线电机与波浪能转换器结合，直接将波浪动能转化为电能，减少了中间环节，提高了波浪发电系统整体效率。
因此我们的发明工作主要围绕直线电机、运行控制等，取得了以下的主要成果：1、圆筒直线电机新结构：圆筒型直线电机式波浪发电的主要部件，其绕组没有端部，电机结构紧凑、效率高，有广阔的应用前景，但是该类电机涡流损耗过大，制约着其在波浪发电等工业领域的应用。
项目组首先采用径向叠片技术，阻断电磁感应涡流回路，极大程度地降低了圆筒直线电机的损耗，突破了该电机的技术瓶颈。
同时发明了该电机的等效迭压系数表达式，将径向叠片式圆筒直线电机的复杂结构化为二维问题，简化了仿真计算方法。
圆筒直线电机的新结构解决了该电机世界性的技术难题，为其应用推广发挥了重大作用。
2、直线电机优化理论：建立了直线电机的电磁场-电路-温度场联合模型，对直线电机的磁场、电机参数进行仿真及优化计算。
利用直线电机定动子间磁场谐波耦合理论，构造出新型的磁场调制电机。
该发明突破了传统的电机基波磁场耦合理论，创造性地提高了电机功率密度数倍，减小电机体积、降低了发电成本。
然后发明了齿槽边端定位力及电机波动的基本规律，有效地降低电机阻力，提高了波浪发电系统的发电量。
3、直驱式波浪发电运行控制技术：建立流体动力学和直线发电机电磁耦合的数学模型，搭建了参数可调的波浪发电运行控制综合系统。
根据波浪运动谐振理论，发明了直驱式波浪发电系统负载输出最优控制策略方法，提高了直驱式波浪发电系统能量捕获和转化效率。
通过参数调节，提高了直驱式波浪发电装置的波浪能幅度和频率适应范围，有效地减少了单个发电装置输出电压和功率的波动。
4、波浪发电装置电源接入系统优化控制：优先利用可再生能源对于改变我国能源结构、保障能源安全、提高能源效率具有重要的意义。
在此背景下，项目组将波浪能发电与潮流发电/风力发电/光伏发电等可再生能源相结合，通过组成具有并网、自治能力的小型发配电系统为就地负荷供电，实现清洁能源的高效利用。
项目组提出了多波浪发电装置的分布式协调控制策略，该策略能有效降低波浪发电不确定性带来的影响，充分消纳波浪能发电，减少区域负荷的用电成本。
本项目形成了较完整的技术体系，已获授权国家发明专利55项；在国内外刊物发表学术论文100余篇，其中SCI收录30多篇，EI收录65篇。
5、推广应用情况：本技术发明成果已在国电南瑞科技股份有限公司、南京赛梵电气科技有限公司、山东鲍尔浦实业有限公司等多家企业实现了产业化，为推动成果应用起到重要的作用。
6、曾获科技奖励情况：无7、主要知识产权证明目录：知识产权具体名称国家(地区)授权号授权日期证书编号权利人发明人发明专利有效状态1、一种适用于湖泊的波浪发电装置及其控制方法中国ZL201310503684.22015.8.19东南大学余海涛；陈中显；胡敏强等有效2、直驱式双振荡波浪发电装置中国ZL201310477621.42015.12.9东南大学余海涛；施振川；马振琦；陈浩；洪立玮有效3、自动对浪的漂浮式海浪发电装置中国ZL201310475778.32016.1.20东南大学余海涛;陈浩；马振琦；洪立玮有效4、一种双浮筒海洋波浪发电装置抗击风暴冲击的装置及方法中国ZL201410340596.X2016.4.6东南大学余海涛；陈中显；胡敏强；黄磊有效5、一种直驱式波浪发电装置中国ZL201310504361.52016.4.6东南大学余海涛；陈中显；胡敏强；黄磊；须晨凯等有效6、一种基于串联直线齿轮电机的波浪能发电装置中国ZL201410261932.12016.8.17东南大学余海涛；陈洁琳有效7、一种基于海浪发电的电力系统中国ZL201410439048.22016.03.23东南大学胡敏强；徐鸣飞；余海涛；黄磊有效8、一种可调速比直线磁齿轮中国ZL201510001607.62017.01.25东南大学余海涛;封宁君；有效9、一种直驱式海洋波浪发电机输出功率的平稳方法中国ZL201410291419.72017.01.25东南大学余海涛；陈中显;胡敏强;黄磊有效10、一种海洋能源发电监测装置中国ZL201310475831.X2015.8.5东南大学余海涛；洪立玮；施振川等有效11、一种潮流发电装置中国ZL201310119020.62015.7.29东南大学余海涛；吴涛；须晨凯；孟高军；胡敏有效强12、一种潮流波浪能发电装置中国ZL201310466765.X2016.2.3东南大学余海涛;陈洁琳，闻程；张笑薇；胡敏强有效13、一种风能、海洋波浪能综合发电装置中国ZL201410291454.92016.8.31东南大学余海涛；陈中显；胡敏强有效14、海浪发电系统的微网构建最优化功率因数复合控制方法中国ZL201410232515.42016.6.15东南大学余海涛；孟高军；胡敏强；黄磊有效15、一种微网构建中的海浪发电系统位置检测方法中国ZL201410232419.X2016.9.9东南大学余海涛；孟高军；胡敏强；黄磊有效16、一种具有自调节功能的海流发电装置中国ZL201310479983.72015.12.9东南大学余海涛；吴涛；须晨凯；黄磊；胡敏强有效17、一种圆筒直线电机的线圈绕线机中国ZL201410437373.52016.6.8东南大学余海涛;陈浩；马振琦；施振川；洪立玮有效18、一种运行、控制和保护性能提高的微电网系统中国ZL201410438304.62016.1.20东南大学胡敏强；徐鸣飞；余海涛；黄磊有效19、一种提高微网系统电能质量的控制方法中国ZL201410340313.12016.5.25东南大学余海涛；孟高军；胡敏强；黄磊有效8、主要完成人情况表完成人1：姓名排名工作单位完成单位胡敏强 1 南京师范大学东南大学曾获科技奖励情况：分别于2000、2002和2008年获江苏省科技进步二等奖。
对本项目技术创造性贡献：项目负责人，主持完成项目的立项、研究开发和产业化推广应用的组织协调工作，是主要创新"思想"和技术路线的主要提出者和实施者，项目投入占本人科研总工作量的80%，是本项目核心技术的最主要发明人，对主要技术发明点1-4做出了创造性贡献，为本项目的推广和应用做出了突出贡献。
完成人2：姓名排名工作单位完成单位余海涛 2 东南大学东南大学曾获科技奖励情况：2000年获教育部自然科学一等奖；2007年获湖北省自然科学二等奖。
对本项目技术创造性贡献：本项目主要骨干，参与了项目的立项、研究开发和产业化推广应用的全部过程。
在本项目中本人投入科研总工作量的80%，在项目实施过程中提炼出专利创新点，是本项目核心技术的最主要发明人，对主要技术发明点1-2做出了主要贡献，为本项目的推广应用做出了积极的贡献。
在本项目中，获得授权发明专利20多项。
完成人3：姓名排名工作单位完成单位黄磊 3 东南大学东南大学对本项目技术创造性贡献：对发明点3“直驱式波浪发电运行控制技术”做出了创造性贡献。
对技术内容1-（2）“磁通调制永磁直线电机”的优化设计做出了重要贡献。
完成人4：姓名排名工作单位完成单位郑玉平 4 国电南瑞科技股份有限公司国电南瑞科技股份有限公司对本项目技术创造性贡献：对发明点2“直驱式波浪发电及海洋能互补发电技术”做出了创造性贡献，为本项目成果的应用推广做出了突出贡献。
完成人5：姓名排名工作单位完成单位吴在军 5 东南大学东南大学对本项目技术创造性贡献：对发明点4“波浪发电装置电源接入系统优化控制”做出了创造性贡献，为本项目成果应用推广做出了重要的贡献。
完成人6：姓名排名工作单位完成单位窦晓波 6 东南大学东南大学对本项目技术创造性贡献：对发明点4“波浪发电装置电源接入系统优化控制”做出了创造性贡献。
完成人7：姓名排名工作单位完成单位丁孝华7 国电南瑞科技股份有限公司国电南瑞科技股份有限公司对本项目技术创造性贡献：对发明点2-（1）“直驱式波浪发电”做出了创造性贡献，为本项目的推广应用做出了重要贡献。