风力潮流联合发电系统的构建方案与仿真研究

随着能源需求的日益增长和环境污染的不断加重,可再生能源的开发利用成为现今研究的热点。海洋能储量巨大,其有效利用对能源和环境问题的解决有很大帮助。海洋可再生能源中,海上风电的研究受陆上风电的带动,发展较为迅速,潮流能的开发也显示出了巨大的潜力。风能和潮流能地理位置接近,在长时间尺度上有天然互补性。同时,波动小、可预测的潮流能可对波动大、随机性强的风能进行补偿。风力潮流联合发电系统的建立能够提高能源利用率和供电可靠性。首先,本文以风力潮流联合发电系统为研究对象,对其构建方式进行了研究。对系统各单元进行了建模,为系统选择了基于直流母线的组网方式,同时介绍了系统桩柱式基础平台的具体设计。然后,针对系统的容量配置问题,以舟山为例,利用HOMER软件对风力潮流联合发电系统进行了仿真研究。通过对系统评价指标的分析,实现了对系统风机和潮流电机的合理配置。同时通过对风速和潮流流速的灵敏度分析,说明在不同风速和潮流流速情况下,独立风力发电系统,独立潮流发电系统,风力潮流联合发电系统的适用情况,为实际系统的设计提供参考。其次,对风力潮流联合发电系统中的机侧、网侧变流器进行了建模,研究了机侧和网侧变流器的控制策略。机侧选用基于isd=0的矢量控制策略,并网逆变器选择基于电网电压定向的控制策略,风机采用最佳叶尖速比法来实现最大功率跟踪。最后,针对风力机功率波动大的问题,利用潮流能发电功率对风能进行补偿,使系统输出功率的波动率减小。考虑到潮流发电系统的发电效率,定义潮流能基准值系数来确定潮流能的目标功率,分配潮流能用于补偿和发电的功率值。风力发电进行最大功率跟踪,潮流发电按照潮流能对风能完全补偿和完全不补偿两种情况进行仿真。潮流能对风能进行完全补偿时的仿真结果说明补偿策略的有效性;完全不补偿时的仿真结果说明此时风机和潮流水轮机都实现了最大功率跟踪,系统输出功率达到最大。两个仿真的结果对比说明不同的潮流能基准值系数可以对潮流能的发电效率和平滑效率进行不同程度的平衡,满足系统的出力需要。