直驱式波浪发电系统的输出功率平滑控制策略

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。     

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。     

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...     

直驱式波浪发电系统浮子形状与排布优化研究

提出通过浮子形状和排布结构的优化,提高直驱式波浪发电系统(DDWEC)的能量吸收效率,并改善输出功率波动问题。文中推导分析了DDWEC水动力模型,提出了水动力参数的优化原则,根据优化原则提出了浮子形状的优化措施,采用WAMIT软件仿真验证了对提高能量吸收效率的有效性;同时,基于浮子优化结果,在考虑浮子间互相影响的情况下,通过波浪发电场的排布结构优化,改善了DDWEC功率波动的问题,削弱了遮蔽效应等浮子间的影响,提高了波浪发电场的能量吸收效率。     

直驱型波浪发电系统的混沌运动及反步滑模变控制

为研究直驱式波浪发电系统的混沌现象及混沌控制问题,根据直线电机双轴数学模型,将系统转化为类Lorenz混沌方程。通过数值法计算最大Lyapunov指数谱,证明在特定参数和工况下,电机系统会出现混沌运动。通过构造状态反馈解耦,降低混沌系统阶数。采用反步法构造虚拟控制量,针对虚拟控制量设计滑模控制器,构造控制律进行混沌控制,提出反步滑模变控制方案。稳定性分析中,根据Lyapunov稳定性理论,证明了系统的全局一致渐进收敛。仿真结果表明,所设计反步滑模变控制器能使直线电机系统迅速脱离混沌状态,在抑制传统滑模控制中抖振现象的同时,保留了滑模变结构的强鲁棒性,具有一定的优越性。     

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。     

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...     

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。     

双浮体直驱波浪发电装置建模分析与基于模型预测控制的能量提取算法研究

基于振荡浮体结构的直驱波浪发电装置具有损耗低、控制灵活等优点,近年来,逐渐成为波浪发电领域的研究热点。双浮体直驱波浪发电装置不需要海上固定平台,能够通过锚系结构在海水中工作,是一种工程可行的直驱波浪发电方案,但其动力学模型更为复杂,相关控制算法缺少实际装置测试。该文通过等效电路的方法对双浮体装置进行建模分析,指出采用张力锚结构可将双浮体装置等效为单浮体装置进行分析,简化控制器的分析与设计,从而建立基于模型预测控制的高效波浪能提取问题。提出一种结合波浪激励力辨识、预测与快速模型预测求解的控制算法,并且设计了双浮体直驱波浪发电装置,在不同波浪条件下进行了相关实验测试。实验结果表明,所提控制算法能够在有效降低运算复杂度的前提下提高装置的波浪能提取效率。     

基于sbRIO 9606的波浪发电数据采集系统设计

提出一种用于机电式波浪发电模拟实验的数据采集系统,实现对发电机电压、电流和加速度等参数的实时数据采集。系统硬件采用NI sbRIO 9606和NI 9683配合使用,避免了依靠DAQ助手的硬件采集系统的局限性,可控性强,应用性好。系统软件采用LabVIEW 语言编写,提供友好的人机界面,采用TDMS文件格式进行数据的存储及回放操作,占用存储空间小,易于维护。实际运行显示,该系统数据采集过程操作方便、稳定、可靠,可以满足波浪发电实时性分析与控制要求。     

基于智能负荷控制的分布式能源系统调控策略研究

为提高分布式能源系统（DES）经济性及运行效率,提出基于智能负荷控制的DES调控策略。首先,基于智能电表的测量数据,采用监督学习技术训练神经网络,构建智能负荷神经网络模型计算住宅可控有功功率;其次,考虑智能负荷与DES之间的互动关系,结合DES各设备运行及互补特性,构建智能分布式能源管理系统模型,分析其可控负荷的调度策略,并给出求解流程,利用IEEE-6节点系统进行算例分析。结果表明,DES总运行成本将随着需求响应控制的加强而降低,考虑智能负荷参与能源系统互动,可有效改善系统负荷曲线,减少切负荷现象,促进风电、光伏清洁能源的消纳。     

Optimal Control for AWS-Based Wave Energy Conversion System

Archimedes wave swing (AWS)-based wave energy conversion (WEC) is the first device adopting the direct-drive power takeoff. The linear permanent magnet generator (LPMG) is employed to convert the wave energy to electric power. In this paper, the power characteristics of the LPMG are discussed in detail using the model in the dq0 reference frame established by the authors in a previous work and the forces acting on the translator of the AWS from the LPMG are analyzed. Then based on the two resonance conditions in the dq0 coordinates, an optimal control strategy for both stiffness and damping, fully using the generator side power electronic converter, is proposed to regulate the AWS in resonance with the wave, so as to extract the maximum power. In contrast to the mechanical resonance regulation approach for stiffness control, the resonance regulation approach for both stiffness and damping control proposed is much easier to implement and much faster. A supplementary DC voltage control for the grid side converter controller is proposed to maintain the voltage level of the DC-Link. Simulations are performed to evaluate the effectiveness of the controllers proposed and to demonstrate the control capability of the controllers under constant waves as well as variable waves.     

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。     

基于AWS的波浪发电系统的建模与仿真

基于阿基米德浮子（Archimedes wave swing,AWS）的波浪发电系统是第1个直接驱动式波浪发电系统,其结构简单,效率较高。对AWS式波浪发电系统的浮子和直线发电机进行建模,给出其驱动系统模型,推导出直线发电机模型在abc坐标和dq坐标之间的变换关系,以及dq坐标下的直线发电模型,为设计其控制器打下基础。利用Matlab仿真软件搭建AWS式波浪发电系统的仿真系统,并进行空载和负载状态下的仿真,验证模型的正确性。     

漕溪能源转换工程中心微网系统控制策略研究

微网系统在一个局部区域内直接将分布式电源、储能单元和用户负荷联系在一起,能够有效提高能源利用效率,降低配电网的负担,改善电能质量及供电可靠性。在对微网关键技术和国内外示范系统建设分析的基础上,以漕溪微网系统为例,介绍了一种微网系统的总体架构和控制系统结构,并重点对微网在并网运行、离网运行及其相互切换过程中的不同控制策略进行深入分析。     

基于能量函数及PID算法的TCSC控制策略

可控串联补偿TCSC可以连续调节输电线路的阻抗、阻尼系统的振荡,提高系统暂态稳定性.首先,采用暂态能量函数TEF值对系统稳定性进行量化,推导出仅含支路信息的TEF对时间的导数表达式,以导数值最小为目标,制定系统中支路的TCSC装置控制策略.在此基础上,加入PID连续控制方式,提高TCSC的控制精度,精准调节TCSC对线路电抗的补偿值达到控制策略所得阻抗值.最后,在单机无穷大系统上进行仿真验证.结果表明:提高TCSC控制精度能够有效避免系统在大扰动后发电机首摆失稳,并能提高振荡收敛速度.推广至多机系统,仿真结果表明:该控制策略同样具有优越性.     

基于VSG的储能功率变流器离网并联控制策略

针对利用虚拟同步机控制进行储能变流器离网并联时存在的功率振荡问题,分析了功率振荡产生的原因,进而提出一种自适应惯性参数调节方法.该方法以虚拟同步机中的惯性参数为控制量,使其能够根据功率变化量自主调节,使得虚拟同步机策略既能实现无互联线并联,又能提高系统的并联动态响应.最终的实验结果进一步验证了所提出控制策略的可行性.     

新型双功率流风力发电系统控制策略

基于电气无级变速器及带有电池储能装置的双功率流风力发电系统是近年提出的一种新型风力发电系统结构.文中提出了该系统的整体控制策略,以控制风力机、电气无级变速器电机、电池及电网之间的能量流动.首先,提出了基于定子侧变频器的最大风能跟踪控制策略,同时提出了当风速高于额定值时风力机的变桨距控制策略.然后,基于内转子侧变频器,提出了离网和并网2种情况下不同的控制策略.电池储能装置的应用可使系统根据电网需求调节输出功率,平缓风能波动,同时通过控制可稳定定子与内转子之间的背靠背变频器的直流侧电压.基于电气无级变速器电机的数学模型和控制策略,建立了整个系统的仿真模型,仿真结果证明了针对此新型双功率流风力发电系统提出的控制策略的有效性.     

基于混合型算法的光伏发电系统低电压穿越控制策略

针对两级光伏发电系统在电网电压跌落时,易出现并网逆变器直流侧过电压和交流侧过电流的问题,提出一种基于混合型算法的光伏发电系统低电压穿越（low voltage ride through,LVRT）控制策略。首先,该策略通过模型电流预测控制,使逆变器并网电流在对称与不对称故障情况下均可快速跟随参考指令,且输出设定的对称电流,解决交流侧过电流问题。其次,基于并网点（point of common coupling,PCC）电压的跌落程度及自适应非最大功率跟踪（non maximum power point tracking,Non-MPPT）算法,调节前级Boost变换器占空比,进而降低光伏阵列输出功率,抑制故障过程中并网逆变器交、直两侧功率失衡而导致的直流侧母线过电压,并通过引入直流电压反馈项,消除不对称故障时直流电压二次谐波分量。最后,通过Matlab/Simulink仿真系统,验证所提控制算法的正确性与有效性。