PDF《基于平均功率估算的直驱海浪发电最大功率点跟踪控制方法》

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a e p s G i n f o . c o m 基于平均功率估算的直驱海浪发电最大功率点跟踪控制方法 黄宣睿1,

2 ,孙凯1,

2 ,肖曦1,

2 ( 1. 清华大学电机工程与应用电子技术系,北京市

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8 4 ;

2. 电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室,清华大学,北京市

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8 4 ) 摘要:分析了规则海浪波激励下的直驱海浪发电装置的动力学模型, 在将直线发电机电磁力等效 为速度和位移的线性组合的控制方法基础上, 分析了其输出平均功率和2个控制变量的关系和特 性曲线, 在此基础上提出采取爬山法实现直驱海浪发电的最大功率点跟踪( MP P T) 控制.针对其 中关键的输出功率测量技术― ― ―直驱海浪发电装置的平均功率测量, 给出了一种包含周期判断的 平均功率估算方法.为避免在暂态过程中估算方法的误差, 方法中还包含了系统是否处于稳态的 判断.实验结果验证了该方法的有效性, 方法提升了 MP P T 控制方法对海浪变化的适应性和跟踪 速度. 关键词:直驱海浪发电;

功率控制;

最大功率点跟踪;

平均功率 收稿日期:

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修回日期:

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0 3. 上网日期:

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2 3. 国家自然科学基金资助项目(

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0 引言 随着能源需求的逐渐增大和环境问题的日益突 出, 清洁可再生能源受到的关注越来越大.海浪能 指海洋表面海浪所具有的机械能, 是一种预测性好、 能量密度高的清洁可再生能源[ 1] .保守估计, 每年 全球海岸线附近较容易转换的海浪能可为人类提供

25 0 0GW?h的电力, 解决全球1 0%的用电量[ 2] , 合理开发利用海浪能将为可再生能源的发展做出巨 大贡献. 在早期的海浪发电装置中, 海浪能到电能的转 换一般需要通过三级能量转换.一级能量转换为海 浪机械能到载体机械能, 二级能量转换为载体机械 能到旋转装置的动能, 三级能量转换通过发电机将 旋转装置的动能转换成电能[

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4 ] .这样的典型装置 有振荡水柱式[ 5] 、 摆式[ 6] 、 聚波储能式[ 7] 等, 多级能 量转换增加了系统成本, 降低了系统可靠性. 直驱海浪发电装置使用低速直线发电机, 采取 海浪推动浮体直接驱动发电机的结构, 省去了二级 能量转换, 降低了系统安装、 维护的成本, 提高了系 统的效率和可靠性, 是一种很有前景的海浪发电形 式[ 8] , 由于直线发电机可以直接与海浪的起伏运动 特点吻合, 能够直接将机械能转换成电能, 简化了海 浪能的转化过程, 因此其功率密度与功率因数也较 高[ 9] .典型的直驱海浪发电装置是阿基米德海浪发 电系统( AWS) , 该装置于2

0 0 4年在葡萄牙近海岸 进行了测试[

1 0 ] . 最大功 率点跟踪(MP P T) 是新能源研究的热点.MP P T 算法在光伏发电、 风力发电中已有广泛 应用[

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1 2] , 文献[

1 3 ] 给出了一种应用于直驱海浪发 电的 MP P T 控制策略, 通过控制逆变电路的开关状 态来实现功率跟踪, 通过 MP P T 控制来提高直驱海 浪发电装置的功率输出能力. 直驱海浪发电装置的瞬时输出功率随着海浪的 波动而波动, 其瞬时功率并不能反映系统的能量输 出能力, 研究一定时间内海浪发电输出的平均功率 会更有价值.AWS 采集的数据显示, 海浪在 一定时间内可 以近似看做周期固定的规则正弦波, 文献[