潮流能发电系统的优化控制策略研究

随着全球能源日益短缺,生态环境受到极大危害,可再生能源的开发利用受到世界各国的重视,并成为现代社会发展的重要课题。潮流能具有规律性强、能量稳定等特点,比其他新能源更显优势。潮流能发电系统包含了多领域的交叉技术,发展历史相对比较短,所以还有很多关键技术问题有待解决。在潮流能发电系统中,叶轮受到不断变化的潮流冲击,使传动系统极易受到较大冲击载荷,功率也随之产生波动,导致设备失效。尤其是对于一个独立的发电系统,提高能量的捕获效率,并保障电能的品质的技术还不够完善。在对大量国内外关于潮流能发电技术资料的研究与总结的基础上,本文研究了潮流能发电系统的优化控制技术。本文采用半潜式双体船作为发电平台,与导流罩原理类似,集中来流流速,提高叶轮机工作效率;利用锚固的方式又合理解决了流向变化的自对流问题;发电装置置于双体船内部能够使机组安全工作,也方便人员操作。为解决发电系统在低流速下发电效率不高的问题,在未知潮流流速的情况下,根据最大能量捕获原理,设计液压传动系统,采用改进的登山法,通过改变步长扰动来调节变量泵排量,从而改变叶轮传动轴系中的泵的反转矩,使叶轮在不同流速时稳定地实时追踪最大功率点。针对流速的变化导致电能不稳定的问题,本文通过后续电气系统部件对电能进行一系列转换,运用模糊自整定PID调节的脉宽调制脉冲(PWM)技术调节直流变换器的开关通断,最终实现输出电压及频率的稳定。在系统理论研究的基础上,为了验证控制系统的准确性和有效性,建立潮流能捕获、液压传动、发电机、电气控制等各子系统数学模型,运用Matlab/Simulink并结合液压系统软件AMESim来完成系统的建模和仿真。并在此基础上搭建9kW液压型水平轴潮流能发电的海上试验装置,进行了海上试验并成功运行。仿真和试验结果共同验证了本文所提出的该潮流发电控制策略的可靠性与有效性。