直驱式波浪发电系统的经济模型预测控制

对于随机海浪环境下的最大功率捕获,现有控制方法没有考虑系统模型的非线性、损耗及物理约束等条件,基于经济模型预测控制,提出一种波浪发电系统功率优化方案。采用普罗尼线谱估计方法拟合海浪辐射力,基于水动力方程和电机状态方程建立波浪发电系统数学模型。在考虑电机功率损耗条件下,以最大波能捕获为经济指标,求解符合系统约束的最优电磁力。采用电流矢量和空间脉宽调制策略实现最大波能捕获控制。仿真结果表明,所提方案响应速度快,鲁棒性强,可使波浪能转换装置运行在合理范围,波浪能利用率提高,机体劳损减小。     

直驱波浪发电系统双扰动观察算法MPPT控制

为分析实际海域中波浪发电系统的工作状况,准确获得最大功率点跟踪(maximumpowerpointtracking,MPPT)控制方案,减少控制算法死区和误判,通过分析波浪发电单元中的浮子水动力,构建永磁直线同步波浪发电单元的出力模型,提出基于双扰动观察算法的波浪发电系统MPPT控制方案。通过2个开关电容双向互补控制,在波浪输入为规则波、不规则波及负荷变化情况下,实现波浪发电系统MPPT控制。仿真结果表明,在波浪输入及负荷突变时,双扰动MPPT控制方法可有效提高系统最大功率跟踪的抗干扰能力,增强系统鲁棒性,提高发电效率。     

浮子式波浪发电系统的转速滑模控制

针对浮子式波浪发电系统输入机械转矩波动对电机稳定运行的影响,以及浮子运动速度(电机转速)的快速调节对波浪能跟踪捕获的作用,提出一种基于滑模控制方法的机侧PWM变换器双闭环控制策略。在双闭环控制策略中,内环电流控制器采用PI控制,外环转速控制器采用滑模控制,利用滑模控制方法的快速性和鲁棒性实现电机转速的快速稳定调节与跟踪。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

基于滑模控制的直驱式波浪发电系统MPPT控制策略

为提高直驱型波浪发电系统的功率捕获和转换能力,通过分析系统运动方程,建立其数学模型。依据波浪入射频率和幅值,构造系统最优功率输出条件,计算q轴电流参考值,应用滑模变结构控制算法实时跟踪参考电流。针对发电系统中含有的未知干扰,引入鲁棒控制,使发电机状态亦能保持实时跟踪最优参考值。仿真结果表明,不论是否有干扰存在,所提控制方案都能实现最优参考电流跟踪和最大功率捕获跟踪,系统鲁棒性提高。     

波浪发电系统发展及直驱式波浪发电系统研究综述

回顾了波浪能利用的历史和目前波浪能的发展应用现状,并按波浪能转换形式的不同对比分析了液压式、气压式、离合器齿轮箱式和直驱式波浪能发电装置的特点。对在离岸大功率并网应用中具有发展前景的直驱式波浪能转换装置进行了重点描述,分析了其结构组成以及优化功率捕获的控制方案,对直线发电机和优化功率的控制方案进行了总结和比较。结合电网对波浪发电机组的控制要求,对直驱波浪发电的输出功率波动处理方案进行了描述和分析。最后总结了波浪发电系统特别是直驱式波浪发电的发展趋势与应用前景。     

基于模拟退火粒子群算法的波浪发电系统最大功率跟踪控制

波浪发电系统最大功率点跟踪控制中,传统粒子群算法存在早熟收敛和局部搜索能力不足问题,为此提出基于模拟退火算法的粒子群优化方案。该算法每次更新粒子的速度和位置时,通过比较当前温度下各个粒子的适配值与随机数的大小,从所有粒子中确定全局最优解的替代值,从而使粒子群算法在发生早熟收敛时能够跳出局部最优并快速找到全局最优解。仿真结果表明,与传统粒子群优化算法相比,模拟退火粒子群算法可有效避免波浪发电系统陷入局部最大功率点,并快速实现全局最大功率跟踪,提高了波浪能捕获率。     

阵列浮子式波浪能发电装置的水动力性能分析

阵列布置是浮子式波浪发电装置的未来趋势,为研究阵列浮子的水动力性能,文章提出了一种阵列浮子式波浪能发电装置,叙述了该装置的工作原理,基于势流理论对振荡浮子的水动力特性进行理论分析,在此基础上建立了仿真分析模型,并利用水动力分析软件AQWA分析了单个浮子在不同吃水下的频域响应RAO值,设计了工程样机并开展了海试试验,通过工程样机的实海况运行对理论分析和仿真结果进行了验证。机组试验数据表明,合理优化布置的阵列浮子对整个波浪能发电系统的稳定高效功率输出有很大作用,文章研究结果对进一步优化阵列浮子式装置的结构奠定了基础,具有一定工程意义和学术价值。     

一种基于电流控制的海洋波浪发电装置

设计了一种基于电流控制的海洋波浪发电装置,利用双浮筒结构和永磁直线发电机直接地(直驱式)把海洋波浪能转换成电能的结构模型,采用基于Park变换理论的直线发电机电流控制方法,通过控制直线发电机的q轴电流,实现对海洋波浪发电装置的优化控制。通过海试实验结果分析表明,在自然状态下,海洋波浪发电装置的运行效率和稳定性受到海洋环境的约束,采用直线发电机电流控制的方法后,有效提高了该装置的运行效率和稳定性。     

直驱式波浪发电系统的哈密顿建模和无源性控制

由于波浪的随机特性,采用传统PID控制器实现的波浪发电系统动态性能较差,无法快速实现最大功率捕获。为此,提出一种用于封闭型直驱式波浪发电系统的哈密顿建模方法和无源性控制方案,以保证系统在波浪随机变化过程中能快速实现最大功率捕获。首先建立了系统的动力学模型和直线发电机模型,通过哈密顿框架对系统模型进行重构。根据重构的哈密顿模型的结构特点,通过修改互联矩阵的方法,消除哈密顿模型中存在的强耦合。以系统的误差能量函数作为李雅普诺夫函数,使用李雅普诺夫稳定理论和注入阻尼的方法设计无源控制器。仿真对比结果表明,所设计的控制器能有效改善系统跟踪最大功率点过程中的动态性能和稳定性能。     

半潜式多浮体波浪能发电装置的水动力性能分析

为缓解能源危机及环境恶化,加大对可再生能源的开发利用,本文将点吸收式与筏式波浪能转换技术相结合,提出一种半潜式多浮体波浪能发电装置。该装置主要由中央漂浮平台、振荡浮子、液压系统及驱动臂组成,将多个振荡浮子布放于海面上并采集波浪能。为了提高装置的波浪能采集效率,利用AQWA水动力仿真软件对波浪能发电装置进行建模仿真分析,改变模型中浮子的质量、尺寸及结构等参数进行频域计算并分析单个浮子的频域响应;同时对单个浮子及装置整体在波高为1 m,波浪周期分别为5 s和3 s的海况下的时域响应特点进行分析。结果表明：浮子吃水部分的几何形状对于浮子附加质量及波浪激励力影响较大;同时当浮子的直径为2 m且浮子结构为圆柱形时,浮子的垂荡振幅更大,说明在波浪频率较低时更有利于最大限度地捕获波浪能,提升装置整体效率;而对于波浪频率较高海域,应当适当增加浮子直径,减轻浮子重量,采用圆锥形浮子,从而更有利于浮子捕获波浪能。采用最优浮子结构后,装置的波浪能捕获宽度比提升约95%,说明选用合适的浮子结构能够有效地提升装置的波浪能采集效率。     

Kalmen estimator as a robust solution for output power maximization of wave energy converter

In this paper, the application of linear quadratic Gaussian (LQG) control for a buoy‐type point absorber of a wave energy converter (PA‐WEC) system is investigated. The proposed wave energy conversion is considered as a two‐body system, which is taut‐anchored to the sea floor using three cables. The main goal of this study is to extract the maximum available power from the ocean wave. This is accomplished via determining the optimal value of the force exerted on the power take‐off (PTO) system taking in account the physical constraints on the position and velocity. First, the reduced nonlinear dynamical model of the WEC system is obtained. The nonlinearity in the mooring force is replaced by a linear law to yield the state space linear model of the system. Then, the standard Kalman filter technique is employed to estimate the full states of the system. Based on the LQG control approach, the optimal PTO force is computed at which the maximum output power can be easily harvested. The computational burden is minimized to a great extent by computing the optimal state feedback gains and the Kalman state space model offline. The feasibility of the proposed control approach in extracting the optimal power of the ocean wave is validated via the simulation example even under different values of the mooring constant and without violating the system limitation. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

反推滑模控制在电磁耦合调速型风电机组中的应用研究

针对电磁耦合调速型风电机组的风能跟踪中存在的跟踪效果较差的问题,提出了一种基于反推滑模控制的最大风能跟踪控制算法。依据风力机运行特性和电磁耦合器的工作原理建立了电磁耦合调速型调速型风电机组的数学模型,阐述了在该风电机组中最优转矩控制的具体应用方法,并获得参考转矩。最后依据反推滑模控制原理设计分别应用于最大风能跟踪区恒转速区的转矩滑模反推控制器和转速滑模反推控制器,验证了系统的稳定性。与转矩反推控制和传统最优转矩控制相比,该方法能够快速准确地跟踪风速的变化,以最佳叶尖速比运行,更好地实现最大风能跟踪的目标。     

基于模糊控制的双馈风力发电功率解耦研究

对于变速恒频风力发电系统,采用基于定子电压定向的矢量控制简化双馈发电机模型,并在此基础上确定了最大风能捕获的控制策略.为了提高系统的鲁棒性和动态响应速度,将模糊控制技术引入双馈风力发电系统有功功率和无功功率解耦控制中.将功率控制系统分解为有功功率子系统和无功功率子系统,从而建立了风力发电机组完整的功率控制模型.采用Ma...     

永磁同步电机风力发电系统的自寻优控制

研究了永磁同步电机风力发电系统的自寻优控制以使系统得到最大的能量。根据风轮机气动力特性推导出风能利用系数Cp 与桨距和叶尖速比的关系 ,进而利用该关系确定自寻优控制策略。采用单纯形加速法寻优 ,结合永磁同步风力发电机的特点确定了永磁风力发电机在不同风速下的最优速度给定即最优直流电压给定和不同风速下的最优桨距给定。实验证明该方法具有良好的效果     

海浪能源转换无槽Halbach直线发电机的建模仿真研究

在过去的几十年,对于海浪能源的利用总能引起人们极大的关注。本文提出一种无槽霍尔贝克(Halbach)直线发电机的综合分析模型,包括流体效应和本征磁分布模型,用于将海浪的动能转换为电能。在假设流体是无黏性、无旋涡和不可压缩的情况下,将势能理论用于模拟六自由度的海浪作用,采用矢量磁势法推导得出发电机的特性表达式,分析结果与有限元仿真结果相符合。将该模型看作质点弹性阻尼系统,就是一个综合性的模型。在模型仿真中,需要重点关注真实海浪频谱的响应,以此评估该模型投入实际使用的可行性。附加的频谱响应表明,可以通过使能量输出系统保持较小的弹性刚度,来达到最大的功率输出。     

基于改进扰动观察法的直驱波浪发电最大功率跟踪控制

为改善直驱型波浪发电系统在波浪突变情况下的功率捕获效果,分析系统运动频域模型,导出系统输出有功功率与永磁直线发电机等效阻抗的频域空间关系曲线。针对该曲线在三维空间变化特点,提出交替施加变步长扰动的扰动观察法。变步长扰动,易在最大功率点较大范围内陷入局部最优,为此提出依据区域斜率变化,改变扰动步长的控制策略。基于MATLAB/Simulink环境,搭建系统仿真模型,仿真结果表明,在波浪突变情况下,改进控制策略能有效提高系统最大功率跟踪的抗干扰能力,系统能较快地重新追踪到最大功率点附近。     

基于反推控制的聚合温控负荷与发电机励磁协调控制

利用具有储能特性的温控负荷与发电机励磁进行协调控制，可实现电力系统的功角、频率和电压的多指标调控。首先，采用双线性聚合温控负荷模型和发电机励磁模型，推导建立了二者联合的系统数学模型。然后，基于反推控制原理，提出了聚合温控负荷与发电机励磁的协调控制策略，并从理论上证明了控制器的稳定性。针对控制器设计中的微分“计算爆炸”问题，利用双曲正切的非线性微分跟踪器设计了励磁电压参考量的微分估计算法，降低了参考量微分计算的工作量。最后，通过算例对控制算法进行了仿真验证。结果表明，在协调控制器的作用下，系统功角、频率和电压等多个被控量均可快速地追踪上各自的参考值。对比传统电力系统稳定器励磁控制，温控负荷参与调控能有效改善系统各状态量的动态响应，提高系统稳定性。     

先进控制技术在波浪发电系统中的应用

由于波浪储量丰富,具有随机性,如何控制波能转换系统捕获最大波能和控制并网电能质量成为波浪发电的核心问题。简述了波能转换装置实现最大波能捕获的方法,综述了滑模变结构控制、自适应控制、最优控制、智能算法、模糊控制、无源控制在控制最大波能捕获以及改善电能质量方面的研究成果。并提出未来的控制算法应是多种先进控制算法相结合。