直驱式海浪发电功率控制方法-清华电机系肖曦
一种漂浮式波浪发电装置的电能后处理
４ 刘文华，梁旭，姜齐荣等．采用ＧＴＯ逆变器的± ２０Ｍｖａｒ ＳＶＧ．电力系统自动化，２００２，２４（２３）
５刘做言．同步脉冲触发比较器消除误差．电子科技， ２０００（６）
，近年来，随着人类对海洋波浪能发电不断研究 和应用，各类波浪发电装置不断涌现¨。］。对波 浪发电装置而言，将波浪能转化为电能是其基本的 功能，而如何将转化后的电能进行后处理，包括整 流滤波、储存、逆变、传输和供给负载等，则是其 要解决的另一个课题。
本文结合一种基于永磁振子的漂浮式波浪发电 装置的科研实践，对其电能后处理问题作一些探 讨。
电压检测电路用于检测蓄电池组的端电压，当 其电能不足，低于最低放电电压时，开启控制电 路，通过发电装置自动向其进行充电，同时该电路 还可对充电过程进行过压和过流保护。
４ 结束语
本文提出一种新型的漂浮式波浪发电装置，随 着波浪的变化，其将发出变幅变频的电能。根据波 浪发电装置各发电单元输出电压的高低，优化充电 电路的结构，制定充电控制策略，并通过４００１、 ４０１１、４０４９和４０７０等芯片构成逻辑控制电路加以 实现，解决了波浪发电装置所发出变幅变频的不稳 定电能的后处理问题。蓄电池可直接向海上航标灯 供电，或者通过ＤＣ．ＡＣ转换逆变为２２０Ｖ交流电 源，再向负载供电。
根据发电机装置的容量，用２块型号为 ＤＨ６１２０的６Ｖ １２Ａ·ｈ的蓄电池Ｅ１、Ｅ２作为储能器
万方数据
蒋一隘
ｃａｓｅ３
ｃａｓｅ４
图４不同情形下充电电路的结构 根据以上４种情形，从原理上讲任意相连两单 元或蓄电池之间都需要一个可控开关。为了使电路 结构最简化，且使开关利用率最高，需要对图４所 示的４个电路进行综合，以最少开关数量为目标， 通过调整ｚ，到ｚ６的排列顺序，进行电路优化。最 终优化结果为至少需要１４个开关器件，电路结构 如图５所示。 ３．３ 电能后处理电路的实现 为了实现以上的充电策略，该系统电能后处理 电路包含如下几个模块：整流滤波电路、电压比较 电路、逻辑控制电路、蓄电池组电压检测电路和由 发电单元、继电器开关及蓄电池构成的充电主电
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]。
基于直线电机的“章鱼”型波浪能发电装置
基于直线电机的“章鱼”型波浪能发电装置吴林键;郑学琴;杨阳;高梧;张文敬;朱笛【摘要】On the basis of existing offshore wave energy technologies, a new wave energy conversion system named Octopus, which based on linear generators, was introduced. A case study in Zhejiang was presented, in which the power of antenna was 10 kW, the average water depth was 10 m, and wave energy was collected over a 100 m long range. The results show that the theoretical wave energy efficiency of five Octopus systems was about 63%. Octopus system shows advantages in terms of its simple structure, high efficiency, and easy installation and maintenance. The system can provide a promising way in offshore wave energy development.%在比较现有波浪能发电技术优缺点的基础上提出一种基于直线电机的“章鱼”型波浪能发电装置.以我国东海海区浙江省海域为例,当触脚功率为10 kW,平均水深为10 m,100 m长的海面沿线上,定量计算得到5个装置的理论波能利用率约63％.同时,该装置具有结构简单、有功功率高以及安装维护方便等优点,在波浪能领域具有广阔的应用和发展前景.【期刊名称】《重庆交通大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(031)001【总页数】5页(P149-153)【关键词】直线电机;“章鱼”型;波浪能发电;波能利用率【作者】吴林键;郑学琴;杨阳;高梧;张文敬;朱笛【作者单位】重庆交通大学河海学院,重庆400074;重庆交通大学河海学院,重庆400074;重庆理工大学会计学院,重庆400054;重庆交通大学河海学院,重庆400074;重庆交通大学河海学院,重庆400074;重庆交通大学河海学院,重庆400074【正文语种】中文【中图分类】P743.2随着全世界范围内能源危机和环境恶化的不断加剧，人们迫切希望能够寻觅到绿色环保且可再生的能源来满足人类日益发展的需要。
超低速直驱永磁同步潮流发电装置建模与控制
摘 要： 研究超 低速直驱式永磁同步潮流发 电系统的建模及控制 系统优化设计 问题 。由于潮流流 速较 慢 ， 潮流发 电 中用 到的 永磁 同步发电机转动惯量 比较大 ， 且 电机转速相对较低 ， 使得潮 流发电系统动 态响应较 慢 ， 传统 Ｐ Ｉ 控制较难兼 顾系统 动态
特性及稳 态性能。为提高发电控制系统的性能 ， 提 出了采用专家控 制及单神经元 控制相 结合 的智 能 Ｐ １ 控制算 法控制永 磁
ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｉ ｄ ｌ ａ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｗａ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ．ａ ｎ ｄ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｉ ｒ ｚ ｅ ｄ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｉ ｔ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎ —
ＬＵ０ Ｙａ ｏ —ｈ ｕ ａ． ＤＵＡＮ Ｘｉ ａ ｏ － １ ｉ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ Ｈ ｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ １ ５ ０ ０ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
波浪能发电系统的高效转化及直流输电控制策略研究
波浪能发电系统的高效转化及直流输电控制策略研究
波浪能发电系统的高效转化及直流输电控制策略的研究旨在提高波浪能转化效率，并通过直流输电技术将其输送到用电地点。
波浪能发电系统通常由波浪能转化装置、电力电子转换装置和直流输电装置组成。
在波浪能转化装置方面，研究者可以通过优化装置的设计来提高波浪能的转化效率。
例如，设计更高效的波浪能转化机构，使其能够更好地吸收和转化波浪能。
此外，通过引入可调谐控制策略，使转化装置能够在不同波浪条件下自适应地调整其工作状态，以实现最佳转化效率。
在电力电子转换装置方面，研究者可以通过提高转换装置的效率和控制精度来提高系统的整体效能。
这涉及到对电力电子设备进行选择和优化设计，以减小能量转换过程中的能量损失。
同时，采用先进的闭环控制策略，实现对电力电子装置的精确控制，从而提高系统的稳定性和转换效率。
在直流输电装置方面，研究者可以探索如何通过控制策略实现高效的直流输电。
直流输电具有较低的电能损耗和较高的输电效率，因此是将波浪能输送到远距离用电地点的有效方法。
通过设计合理的直流输电系统拓扑结构和控制策略，可以减小输电过程中的电能损失，提高整个系统的能量传输效率。
总之，波浪能发电系统的高效转化及直流输电控制策略的研究将有助于提高波浪能利用效率，并推动其商业化应用。
这对于减少对传统能源的依赖，实现可持续能源的利用具有重要意义。
永磁直驱风电机组对系统功率振荡的阻尼控制
永磁直驱风电机组对系统功率振荡的阻尼控制王毅;张祥宇;李和明;朱晓荣【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2012(027)012【摘要】风电机组若具备常规发电机组对系统功率振荡的阻尼作用,有利于提高风电渗透率较高的区域电网的稳定性。
本文首先分析了电网扰动时引起永磁直驱风电机组全功率变流器直流侧电压波动的原因,并提出了抑制直流电压波动的解决方案,以保证风电机组在稳定运行的前提下能快速对电网提供功率支持。
其次,分别分析了永磁直驱风电机组通过有功、无功调节增加系统阻尼的原理,并进一步提出了风电机组基于有功、无功附加控制的阻尼控制策略。
最后,通过对含30%风电装机容量的三机系统的仿真分析,验证了系统发生扰动后在所提控制策略的协调控制下,不仅能够提高永磁直驱风电机组的故障穿越能力,并可使系统功率振荡迅速衰减,改善系统的阻尼特性。
【总页数】10页(P162-171)【作者】王毅;张祥宇;李和明;朱晓荣【作者单位】华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,保定071003;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,保定071003;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,保定071003;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,保定071003【正文语种】中文【中图分类】TM614【相关文献】1.永磁直驱风电机组控制系统综述 [J], 彭滋忠;邓秋娥2.永磁直驱风电机组改善系统阻尼的控制技术 [J], 张祥宇;王毅;李和明;付媛3.直驱型永磁风电机组并网控制系统的研究 [J], 谢维4.直驱永磁风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰稳定性影响分析 [J], 蒋文韬;付立军;王刚;侍乔明;陈宇航;徐力5.1.5 MW永磁直驱式风电机组控制系统仿真分析 [J], 胡宏彬;丛雨;翟寅;王立强;米夏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
永磁直驱风电系统永磁同步发电机单位功率因数控制
PM SG UPF Con trol for D irect2 D r iven W ECS
HU S hu 2ju
1, 2
, ZHAO D ong 2li , L I J ian 2lin , WAN G J ian 2fei , XU Hong 2hua
2 2 2
U sd = R s isd + L d U sq = R s isq + L q
转矩方程为 : 3 Te = p[Ψ isq + ( L d - L q ) isd isq ] 2
( 2)
式中 : usd 、 usq和 isd 、 isq — — — 分别为发电机定子输出 电压 、 电流的 dq轴分量 ; Te — — — 电磁转矩 ; Rs — — — 定子电阻 ; Ld 、 Lq — — — 分别为电机 dq轴电感 ; ω— — — 电机转速 ; Ψ— — — 永磁磁通 ;
2
( 9)
其中 :α = 2 ( L d - L q ) L d ; 3 β = ( L d - L q )Ψ + L dΨ; 2 μ = 1Ψ 2 。 2 求得 isdm ax后 , 可以得到 isqmax , 即可求得 UPF 控制下的最大转矩 。 1. 2 高精度增量式编码器的应用 在变速恒频风力发电系统中 , 为了保证良好 的电机控制性能 , 编码器的反馈信号必须能够提 供足够的脉冲 ,保证良好的转速和位置测量精度 。 当电机转速较低时 ,采用传统的增量式编码器 ,其 单位时间内产生的脉冲数量有限 , 从而对测量精 度造成较大的影响 。例如当同步速为 1 500 r/m in 时 ,采用 2048 脉冲增量式编码器可以获得较好的 控制效果 ,但是当同步速为 200 r/m in 时 , 再采用 2048 脉冲编码器就会使测量精度大大降低 。针 对这一问题 ,可以采用 Sin /Cos (正弦波 ) 编码器 , 正弦波编码器也属于增量式编码器 ,主要区别在
定桨距风力发电机组的主动失速控制
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)/"
!!表(给出了不同平均风速下机组年发电量随切
出风速的变化情 况! 可 以 看 出#在 不 同 的 平 均 风 速
下机组都有一个最 佳 的 切 出 风 速#在 该 切 出 风 速 下
机 组 的 年 发 电 量 最 大 ! 以 平 均 风 速 为 ! ?%9的 风 场 为 例 #切 出 风 速 设 置 为 "N ?%9时 机 组 的 年 发 电 量 最 高#比切出 风 速 设 置 在 "Q ?%9时 要 高 出 近 S6/l! 可 见 #与 变 桨 距 风 力 发 电 机 组 有 所 不 同 #对 于 采 用 主 动失速控制的定桨 距 风 力 发 电 机 组#并 非 切 出 风 速 越高就会使年发电 量 越 高#而 是 随 着 平 均 风 速 的 变 化而变化 的! 需 要 根 据 风 电 场 风 能 资 源 的 具 体 情 况 #对 机 组 的 切 出 风 速 进 行 针 对 性 的 优 化 设 计 #使 得
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缺点：若WEC的额定功率为100kW，为使直 流母线电压波动小于10%，需要204个 4700μF/450V的电容。
缺点：能量密度小 应用：振荡水柱式WPG中有应用
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二、直驱海浪发电系统关键技术
Department of Electrical Engineering
日本
•在海浪能转换技术实 用化方面走在世界前 列。 •20 世纪 80 年代初建造 的“海明号”海浪发 电船，是世界上著名 的海浪能发电装置（ 1250 kW） •1998 年，日本海洋科 学技术中心建成“巨 鲸 ” （ Mighty whale ）海浪发电装置。
中国
•1990 年，中科院广州能源 所研建了 3kW 岸基式海浪 发电装置 •2011 年 ， 建 成 大 万 山 10 kW 漂浮直线波浪发电站 •2012 年 建 成 即 墨 大 管 岛 110kW 摆 式海浪发电 示范 站。 •2014 年 10kW 振 荡 浮 子 式 波浪发电装置投放于青岛 斋堂岛。 •2015 年， 120kW” 万山号 ” 鹰式海浪发电装置投运。
全年平均海浪高度: Class I : H>1.3 m; Class II: 0.7 m < H < 1.3 m; Class III: 0.4 m < H < 0.7 m; Class IV: H< 0.4 m
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一、背景
Department of Electrical Engineering
自强不息 厚德载物
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一、背景
Department of Electrical Engineering
海浪发电主要形式
传统三级能量转换
液压式 气动式
• 海浪速度和频率比较低 • 旋转电机
一级转换
海浪
机械式
接触媒介
二级转换 二级 转换
液压涡轮机系统 气压涡轮机系统
������������ (������) ������������ (������) ������������ (������) ������������ (������) ������������ (������)
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三、直驱海浪发电系统优化功率控制策略
特性 模拟
机械模拟 同步带传动 丝杠传动 直线对拖 电力输出模拟 编程模拟
浮子形状
功率控制策略
电机控制
推力控制准确
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Tsinghua University Department of Electrical Engineering 一 二 三 四 五
背景 直驱海浪发电系统关键技术 优化功率控制策略
h
H
x
η(x,t)
波谷
• ������������ :附加质量，辐射力作用在浮体上等效于增 加了系统质量的分量 • ������������ :附加阻尼，辐射力作用在浮体上等效于增 加了系统阻尼的分量
规则波
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三、直驱海浪发电系统优化功率控制策略
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Tsinghua University Department of Electrical Engineering 一 二 三 四 五
背景 直驱海浪发电系统关键技术 优化功率控制策略
并网功率平抑控制与能量管理
MPPT功率控制算法
六
小结
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背景 直驱海浪发电系统关键技术 优化功率控制策略
并网功率平抑控制与能量管理
MPPT功率控制算法
六
小结
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一、背景
Department of Electrical Engineering 海浪能发电特点与现状 海洋能主要形式之一，干净的可再 生能源，对陆地基本没有影响，不 需要占用土地和迁移人口 能量密度是风能和太阳能的15-20倍 可预测性好
Department of Electrical Engineering
规则波下的动力方程
• 实际海洋中的海浪是很复杂的现象，在海浪理论研究和海洋资源开发的 工程实践中，通常把实际的海浪近似看作为具有正弦特性的规则波进行 近似分析。
λ
波峰
关，可以通过水动力学仿真软件数值计算求出
两个水动力学系数，与浮体形状、海浪周期相
动态响应快 机械、电特性全面模拟
特性 模拟
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二、直驱海浪发电系统关键技术
Department of Electrical Engineering
优化功率控制测量
Sub 提高能量吸收效率 title
• 海浪场排布 • 海浪预报 • 吸收装置形状优化
球形 Marine power system公司
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中国电源学会 2016电电子与变频电源新技术学术论坛
直驱式海浪发电系统功率控制方法研究
肖 曦 清华大学电机系
2016-06 自强不息 厚德载物
Tsinghua University Department of Electrical Engineering 一 二 三 四 五
能量分布不均匀 • 欧洲海浪能量丰富； 台湾、浙江、广东等沿海海浪能量 丰富 经济性有待提升 • 欧洲达20欧分/kWh； 中国约2元/kWh 应用前景广阔
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一、背景
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传动环节损耗大，需要补偿
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二、直驱海浪发电系统关键技术
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优化功 率输出
动力学理论 数值模拟 优化设计
直线 电机
电机设计 推力密度大 定位力大
波动功 率平抑
长时功率波动 海浪场规划 短时功率波动 母线电容控制 储能介质
• 外形结构
• 圆筒式 绕组无端部，绕组利用率高 • 扁平式 结构简单、推力密度相对小 自强不息 厚德载物
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二、直驱海浪发电系统关键技术
Department of Electrical Engineering
特性模拟与测试
• 电力输出模拟 编程灵活；无法模拟机械运动 • 机械运动模拟
直线发电机优化设计
磁通方向
• 横向磁通电机 推力密度高；负载角大 • 纵向磁通电机 结构简单、鲁棒性强、负载角小
铁心设计
• 有铁心电机 感应电动势中存在大量谐波 • 无铁心电机 成本低，感应电动势接近正弦波
减小定位力
斜槽、半开口槽 增加气隙宽度 永磁体宽度优化 边端辅助齿、槽 电磁力补偿控制
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电网侧变流器 电网
电机侧变流器
PMLG
提高海浪能利用率 降低发电成本
优化功 率输出
输出功率波动小、可 控、满足电网需求
直线 电机
推力、功率密度大 定位力小，推力控制精确
关键技术
功率波 动平抑
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物理含义 运动部件总质量 浮体位移、速度、加速度 重力加速度 海浪激励力 海浪辐射力 海水静浮力 流体黏滞力 摩擦力 发电机电磁力 海浪冲击静止浮体产生的作用力 浮体运动与海浪作用产生的作用 力，������∞ 为无穷频率下的附加质 量，������������ 为辐射核函数 作为阻力考虑，一般较小，可忽 略
功率波动抑制方法
长时功率波动：受天气状况影响而出现的数十分钟或小时级的波动 短时功率波动：海浪周期内秒级的波动
平抑措施
Amplitude Period Phase
L e1(r)
R
+DC Voltage Load current Rload
超导储能
优点：功率密度高 缺点：价格高，需要低温冷却 应用：离岸海浪发电中应用较少
(b)
Trident T5 （直驱式）
The AWS（直驱式）
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一、背景
Department of Electrical Engineering
海浪发电主要形式
加入中间环节（液压方式、气压方式和齿轮箱方式），离 岸系统整体成本及复杂性必会提高，并带来了额外的能量损 耗及维护工作量，在海面上进行维护非常复杂、昂贵与危险 ，在岸系统功率偏低。 直驱型系统采用直线发电机直接将海浪的上下运动转换为 电能，无需中间转换环节，相对于前述三类系统，直接驱动 型系统所需的离岸维护是最少的，所以它被认为是现有的海 波发电系统中最具可行性的海上发电方式之一，具有很好的 发展前景。 如何提升功率输出特性和降低成本是其中关键的问题。
扁圆柱形 Marine power system公司
• 幅值控制法 • 幅值相位控制法 • 锁相控制法
多边体形 SEABASED公司
斧形 Trident公司
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二、直驱海浪发电系统关键技术
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