直驱式波浪发电系统能量捕获控制技术研究

随着人类社会和经济的快速发展,能源短缺和环境污染的问题日益严重,可再生能源作为一种清洁、无污染、用之不竭的能源,可以满足当今人类社会发展对能源的需求。波浪能作为一种可再生能源,具有功率密度高、蕴藏量丰富、可预测性好等优点,合理开发利用波浪能发电,可以有效缓解当前世界能源危机和环境污染等问题。直驱式波浪发电采用永磁同步直线电机作为发电机,波浪直接作用在直线电机的动子上,可以实现波浪能到电能的一级转换,降低损耗,提高波浪能的利用率。本文基于直驱式波浪发电系统,研究波浪能能量捕获控制策略,将波浪能与直线电机的运动特性相结合,进行仿真分析与硬件实验验证。本文主要研究内容包括以下几点:1)详细介绍了波浪能发电的研究背景和意义,同时探讨分析了直驱式波浪发电系统控制策略的国内外研究现状,并对不同的控制策略进行了简要分析。2)研究了永磁同步直线电机的基本结构,并且介绍了永磁同步直线电机的工作原理,并给出了永磁同步直线电机的数学模型以及相关坐标变换公式,并在此基础上,给出了本文实验用永磁同步直线电机的设计结构,并对样机仿真波形进行分析。3)研究了直驱式波浪发电系统机侧整流器的控制策略和网侧逆变器的控制策略,提出了机侧整流器的能量跟踪控制策略和网侧逆变器的电压定向矢量控制策略,并且对机侧整流器和网侧逆变器进行了设计,同时介绍了 SVPWM空间矢量脉宽调制技术的工作原理和控制算法。4)基于提出的机侧整流器和网侧逆变器控制策略,分别搭建了直驱式波浪发电系统的仿真模型的机侧整流模块和网侧逆变模块的仿真模型;在机侧整流模块和网侧逆变模块调试好之后,将两部分进行连调,并对仿真结果进行研究分析。5)设计直驱式波浪发电系统实验平台的硬件电路包括实验样机设计、霍尔采样电路板设计、控制电路设计等,并且基于霍尔采样电路提出了一种无位置检测动子运动方向的方法;此外,对本文软件程序设计进行了介绍,并对硬件电路与软件程序进行了相应调试实验。6)最后,对搭建好的直驱式波浪发电系统硬件模拟平台进行上电实验,为了实验安全,同时保护永磁同步直线电机的硬件结构,降低永磁同步直线电机并网的冲击,首先,对网侧逆变器的进行上电实验,待直流侧电压稳定后,将永磁同步直线电机进行并网发电,并对实验结果进行了研究分析。