潮汐能控制系统研究报告

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1、潮汐能控制系统研究报告摘要本文主要介绍利用潮汐能进行发电的潮汐电站内的能源控制系统，由全局到细节地介绍了在潮汐电站中利用最多的单库双向电站的基本位置，总体结构，电站构成，内部发电系统结构，并网系统以及为了适应潮汐特点而采用的发电机组构成。然后从应用范围，经济性特点，未来技术发展趋势方面介绍了现今潮汐能电站的发展概况。关键词：潮汐电站、控制系统、动态潮汐能、新能源。引言现今世界能源已然成为人类共同关注的关键问题之一。随着老一代能源的不断使用并濒临枯竭。新能源利用已经成为科技发展迫在眉睫的前沿问题。目前主要的新型能源有太阳能，风能，生物质能以及

2、潮汐能。而潮汐能因为其巨大的潜力，一直是人们关注的发展点之一。在新能源不断发展的今天，人类在潮汐能发展发面依然停留在起步状态。潮流能是蕴藏在海洋中的一种大规模的仍未被大规模开发的可再生能源，它源于地球、月亮和太阳的重力场的相互作用llI。周期性的潮起潮落，可被局部地理结构所放大，如海湾湾口、岛屿之间的水道等。近年来，海洋工程和电力电子技术的发展极大的顺应了可再生能源的开发，潮流能逐渐成为一种在技术上可行且经济的海洋能源。与风机发电具有相似之处，相对于定速发电方式，变速恒频的方案更适合于采用水轮机的潮流能发电系统，在潮流流速变化时，后者通过调

3、整水轮机转速使之运行在合适的工作点上。用于风力发电的一些技术通过适当的改造也可移植到潮流能发电系统中。虽然各种海洋能源中，潮汐能的开发利用最为成熟的。但潮汐能发电一直被认为“在技术上可行，经济上不合算”。而且传统潮汐能发电受到库容的限制，电站的装机总量有限，如我国最大的江厦潮汐实验电站L4o装机总量仅为3900kW。另外，在海湾口门建坝会对鱼类洄游、海湾水交换造成影响，破坏海湾生态。一、潮汐能控制系统结构框图及特点1.1潮流能发电系统1.1.1单库双向潮汐发电站为了在涨落潮时都能发电，则建造单库双向电站。在海湾出口或河口处，建造堤坝、发电厂

4、房和水闸，采用双向发电的水轮发电机组使涨落潮两向均能发电。图1左图是单库双向潮汐发电站布置示意图。单库双向潮汐发电示意图图1单库双向潮汐发电示意图图1右图是单库双向潮汐发电站运行工况示意图，运行工况可分为以下六个步骤：（a）在海水开始涨潮时，库外潮位与水库水位之差不足以发电时，关闭闸门等待潮位上涨。（b）库外潮位上涨与水库水位之差可以发电时，启动水轮发电机发电，闸门依然关闭。（c）库外潮位开始退潮，潮位与水库水位之差不足以发电时停止水轮机发电，打开闸门让海水进入水库，直至两者水位相同时关闭闸门。（d）水库保持水位，直到潮位降至水库水位以下可

5、以发电时。（e）开启水轮发电机发电，直到潮位重新上涨与水库水位之差不可以发电时停止发电。（f）打开闸门把水库中的水泄入海中，直到直至两者水位相同时关闭闸门。关闭闸门后又进入等待状态，开始下一个循环。单库双向电站每昼夜发电4次，停电4次，平均每日发电约14~16小时。跟单库单向电站相比，发电小时数约增长1/3，发电量约增加1/5。但由于兼顾正反两向发电，发电平均水头较单向发电小，相应机组单位千瓦造价比单向发电为高。设备制造和操作运行技术要求也高，宜在大中型电站中采用。这种电站也可以采用单向发电机组，但从水工建筑物布置上要设置流道使涨潮和落潮时

6、，使水流都能按同一方向进入和流出水轮机，从而使涨落潮两向均能发电，由于增加了流道与闸门，操作也麻烦，只在中小电站采用1.1.2电站部分由于潮汐电站水头很低，只有小型潮汐电站可能使用立轴水轮机，大部分都采用贯流式水轮机，贯流式水轮机有三种基本形式，都可以实现双向运行，可根据情况选用一种。轴伸贯流式水轮发电机组的水轮机置于流道中，发电机置于陆地上，有检修方便、效率较高等优点，适用于潮差5ｍ以下的中小型机组。竖井贯流式水轮发电机组是将发电机置于具有流线形断面的竖井中，具有运行方便、发电机通风冷却条件较好等优点，竖井贯流式水轮发电机组在中小型潮汐电

7、站机组中应用较多。对于大中型潮汐电站主要采用灯泡贯流式水轮发电机组。灯泡贯流式机组具有流道顺直、水头损失小、单位流量大、效率较高、体积较小及厂房空间较小等优点，图2是采用灯泡贯流式水轮发电机组的潮汐电站示意图。图21.1.3控制策略：图3所示为具有MPPT功能的潮流能发电系统及其并网示意图。该机组包括一台水轮机和一台直驱永磁发电机(PermanentMagnetGenerator，PMG)。发电机发出的初始交流电的幅值和频率均不稳定，首先经过三相二极管桥式电路整流，然后再将其输出的直流电逆变为具有理想幅值和频率的交流电，送入电网或直接供给用

8、户使用。图31.1.4并网变换器及其控制图4控制策略：图4为并网变换器系统的示意图，包括直流侧电容、三相逆变器及其串联的并网电抗器。操作员在控制室可以根据不同情况手动调节补水流量