多点直驱式波浪能发电系统的恒转速控制研究

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1、2014年5月ACTAENERGIAESOLARISSINICAMay,2014文章编号:0254-0096(2014)05-0887-07多点直驱式波浪能发电系统的恒转速控制研究杨绍辉何宏舟'〜3(1-集美大学机械工程学院，厦门361021;2福建省能源淸洁利用与开发重点实验室，厦门361021;3福建省淸洁燃烧与能源高效利用工程技术研究中心，厦门361021)摘要：在详细介绍-•种新型多点直驱式波浪能发电系统构成和能量转化过程的基础上，分析基于电力电子直流变换器和整流器使系统能够稳压1S速运行的原理。将模糊神经元PID控制方法应用于该系统智能控制

2、过程中，建立计算机仿真模型，搭建实验室试验平台，分析在规则波和不规则波输入条件下系统的运行情况。仿真分析和试齡结果表明所述的调控装胃•和调控原理可有效抑制波浪能发电系统能量输入的波动，实现发电机转子转速的无级收稿日期：2013-05-29基金项目：国家自然科学棊金(51209104);国家海洋局海洋可再生能源专项(XMME2011BL02);集萸大学黄惹贞基金(ZC2011017)通信作者:杨绍辉(1979-)，男，购士、副教授，主要从爭可再生能源开发利用和智能化曲测控制方而的研究。yangshaohuil979@*163com调节，具有良好的控制性

3、能。关键词：波浪能；恒转速控制；直驱；永磁发电机小图分类号：TM619文献标识码：A0引言海洋波浪能是一种清洁的可再生能源，利用波浪能发电是解决能源短缺问题的有效措施之一M21O长期以来人们将波浪能发电装置的研究重点集中于波浪能采集装置的开发设计中，据相关文献统计⑷，我国波浪能发电装置的研究较多，但其中大部分是关于波浪能收集和捕获装置的结构设计，对波浪能发电控制策略的研究却相对较少。然而，波浪能量的产牛由口然条件及地理环境决定，能量变化幅值和频率波动性较大，是一种不稳定、不连续，茯至是快速突变的能量，也导致发电系统输出电能不稳定，在很大程度上阻碍了波

4、浪能发电系统的推广应用。因此，对于分布式波浪能发电系统而言，有必要引入先进的控制策略，来提高系统运行稳定性和改善输出电能质量。目前已有部分文献利用传统PID控制策略并结合液压装置对波浪能发电系统的能量稳定输岀控制进行研究，但传统PID控制是一种基于精确数学模型的控制策略，适用于线性定常系统，其控制参数需要预先整定，不能随被控对象的变化而调整，因此传统PID控制策略应用于非线性的波浪能发电系统屮有英局限性。而人工神经网络的各个神经元本身具备自适应、自学习以及任意函数逼近的能力，且具有计算量小、权值学习时间短、鲁棒性强、易于实现等优点切。常规PID控制器

5、难以解决的问题，神经元PID控制却能达到很好的控制效果，若进一步与模糊控制技术相结合，对PID参数进行口整定调节则可使波浪能发电系统具有更佳的稳定性。本文以自主研制和提出的多点直驱式新型波浪能发电系统为研究对象，利用电力电子元器件实现对波浪能发电系统的控制，设计了与之相适应的模糊-神经元PID控制器，构建一套完整的多点直驱式波浪能发电控制系统仿真模型并搭建试验平台，仿真和试验结果表明在规则波和不规则波情况下模糊神经元PID控制器均能使多点直驱式波浪能发电系统在相应波况下恒转速稳定运行，具有良好的动态和稳态性能。1系统构成与能量传递过程1-1系统构成多

6、点直驱式波浪能发电系统主要由漂浮式平台、多个振荡浮子、传动索、超越离合器、配重体、锥齿轮、旋转轴、增速齿轮箱、飞轮、永磁交流发电机、主负载、不可控整流器、DC/DC变换器和电气控制负载等设备组成囿，图1所示为系统的三维结构示意图.每条传动索一端连接振荡浮子，绕过海底重物上的定滑轮和旋转轴上的超越离合器，另一端与对应的配重体连接。漂浮式平台的四侧各有一根低速旋转轴，旋转轴之间利用锥齿轮呈90’连接。增速齿轮箱、高速旋转轴、飞轮、永磁发电机、整流器、直流变换器、直流电气控制负载、主负载等装置依次安装在漂浮式平台内部，避免与海水接触。图中仅画出4个振荡浮子

7、，在运行时可根据发电功率需求和实际海况，增减浮子的数量，并按照一定规律布放，形成大规模海上发电场。1漂浮平台2振荡浮子3锥齿轮4旋转轴5超越离合器6•配垂体7传动索8定滑轮9•海底理物10海底图1系统三维结构图Fig-1Three-dimensiona】graphofthesystem系统运行时，在波浪作用下，每个振荡浮子上下往复运动，在传动索的带动下，波浪力作用在旋转轴的超越离合器上，在超越离合器的作用下使得波浪力只有半个周期做功，即每个振荡浮子只能在向上或向下运动时驱动旋转轴旋转，而在另半个周期，由于超越离合器分离，波浪力不能作用在旋转轴上做功。

8、多个振荡浮子同时作用在旋转轴上共同产生输入力矩，使旋转轴单向旋转做功。增速齿轮箱将转速提高并驱动永磁发电机发