直驱式海浪发电系统最大功率跟踪控制

摘要

随着现代科技的高速发展、天然气市场的全球化以及石油产量的动荡，当前世界能源格局正在发生深刻的变化。积极开发清洁高效、绿色低碳的新型能源已成为世界各国能源领域研究的重点。海洋波浪能作为分布广、存储量大、清洁无污染的可再生能源，开发潜力巨大。合理地开发和利用海浪能，对加快能源结构转型、缓解能源危机、改善生态环境等都具有重要意义。本文研究内容围绕直驱式海浪发电系统及其最大功率跟踪(MPPT)控制展开，主要工作内容如下:　　(1)对直驱式海浪发电系统基本工作原理进行理论分析和建模。分析了海浪激励力与发电系统浮子力学特性，建立了发电系统动力学模型与永磁同步直线发电机动态模型。　　(2)研究了直驱式海浪发电系统单自由度最大功率跟踪控制方法。以三相整流桥与Boost升压斩波电路作为机侧控制器AC-DC变换电路，针对传统扰动观察法在海浪发电系统应用中存在响应速度慢和功率波动等问题，提出了一种基于模糊逻辑控制的单自由度最大功率跟踪控制方法。该方法将模糊逻辑控制与扰动观察法相结合，通过控制Boost电路占空比调整发电机电磁力幅值，实现最大功率跟踪控制。通过Simulink仿真，验证了所提出的算法在保留扰动观察法优点的基础上，具有更好的快速响应性和鲁棒性。　　(3)研究了直驱式海浪发电系统双自由度最大功率跟踪控制方法。以三相全控整流桥电路作为机侧控制器AC-DC变换电路，针对直驱式海浪发电系统在非规则海浪中能量捕获效率较低的问题，提出了一种基于遗传算法的双自由度最大功率跟踪控制方法。该方法首先基于遗传算法辨识出符合当前海况的发电系统最优参数，然后结合空间矢量控制算法调整发电机电磁力幅值与相位，实现发电系统在规则与非规则海浪激励下的最大功率跟踪控制。Simulink仿真表明，所提出的算法能有效提升发电系统能量捕获效率。　　(4)搭建了直驱式海浪发电系统模拟实验平台。结合现有实验条件设计了基于单自由度控制方法的机侧控制器硬件电路，编写了最大功率跟踪控制算法。在模拟实验平台上进行实验测试，验证了控制器与MPPT算法在实际发电系统应用中的可行性与有效性。

目录

声明

摘要

1．1课题的研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1海浪发电装置

1．2．2海浪发电系统拓扑结构

1．2．3最大功率跟踪控制算法

1．3论文研究内容

1．4论文章节安排

第2章海浪发电系统分析与建模

2．1波浪理论

2．1．1微幅波理论

2．1．2海浪激励力分析

2．1．3垂直海浪激励力分析

2．2浮子动力学建模

2．3永磁同步直线发电机

2．3．1坐标变换

2．3．2发电机数学模型

2．4本章小结

第3章基于模糊逻辑的单自由度最大功率跟踪

3．1单自由度控制策略

3．2模糊逻辑控制算法

3．3仿真分析

3．4本章小结

第4章基于遗传算法的双自由度最大功率跟踪

4．1双自由度控制策略

4．2 MPPT算法

4．2．1遗传算法

4．2．2空间矢量控制算法

4．3仿真分析

4．4本章小结

第5章机侧控制器设计与实验分析

5．1控制器硬件电路设计

5．1．1电源电路

5．1．2电力电子变换电路

5．1．3 Boost驱动电路

5．1．4电压、电流采样电路

5．1．5过压、过流保护电路

5．2软件算法设计

5．3实验分析

5．4本章小结

6．1总结

6．2展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢