[发明专利]浮子式海浪发电装置的变特性曲线控制方法

说明书

所属技术领域

本发明属于海洋利用与可再生能源发电领域，具体涉及浮子式海浪发电装置的控制方法。

背景技术

环境污染和能源危机是当今世界发展的两大共同难题。大力发展风力发电、海浪发电、潮汐发电、地热发电等新能源发电方式，实现能源转换方式的改变及其利用率的提高是解决这两大问题的一个重要手段，对于我国当前的环境保护和能源可持续开发有着不可忽视的作用，具有显著的经济和社会效益。海浪发电装置因其发电存储量大，经济潜在性好，安全性强，已成为海洋可再生能源发电的研究热点。为了实现浮子式海浪发电装置的最大波能捕获，目前所研究的控制方法包括：反应式控制，锁存控制，智能控制等。反应式控制策略在理论上较简单可靠，但对于非谐振式海浪发电装置，不仅需要发电机能运行于电动状态，而且要求预知未来时刻的波浪信息。锁存控制策略最适合外部波力可以在任意方向捕获的特定场合，而在垂直单方向能量吸收型浮子式海浪发电装置中，锁存控制仅适用于一个周期的一段期间内。智能控制方法（模糊控制，神经网络控制等）的优点是能够克服海浪发电系统的参数时变与非线性等因素；不足之处是模拟人类智能活动和控制与信息传递过程的研究会比较复杂，且对控制系统的软硬件要求较高。

发明内容

本发明针对以上问题，提供一种新的适用于浮子式海浪发电装置的最大波能捕获控制方法，该方法控制原理简单且便于实现。本发明借鉴风力发电中的先进控制技术——最大功率追踪方法，提出改进的变特性曲线控制方法，通过选择合适的参数和设计简单的控制器，可以使该方法在显著降低海浪发电装置的最大电磁转矩变化率（即减小转矩波动）的同时，保证系统良好、稳定的转矩输出性能。本发明的技术方案如下：

一种浮子式海浪发电装置的变特性曲线控制方法，该方法首先通过实验或仿真得到浮子式海浪发电装置的转矩—转速曲线，设该曲线的第一部分线性上升区的斜率为K，在进行控制的时候，首先采集当前海浪的波浪周期和波浪高度，根据波浪输入功率正比于波浪高度的平方和波浪周期的关系计算K值，修正浮子式海浪发电装置的转矩—转速曲线，然后再根据所测得的电机转速，通过查表法得到所测得的电机转速所对应的电机转矩，将其视为参考电磁转矩，根据参考电磁转矩求出相应的参考输出功率，再根据参考输出功率值控制浮子式海浪发电装置的实际输出功率。

作为优选实施方式，上述技术方案中，根据参考输出功率值，结合PID控制器，生成PWM波来改变电压源换流器中IGBT的占空比，从而控制实际输出功率。

本发明的有益效果如下：

1）该控制方法原理简单，便于实现，可靠性高。

2）该控制方法实时性好，可以满足快速控制的要求。

3）在该方法的基础上，选择合适的系统参数和应用PI控制器后，不仅可以保证较高的输出功率，而且能够有效地降低海浪发电装置的电磁转矩变化率。

4）该控制方法不需要预测未来的波浪信息，对发电机以及其他的软硬件要求不高。

5）该控制方法对波能装置捕获外部波力的方向没有要求，不但适用于浮子式海浪发电装置，还适合在其他类型的海浪发电装置中应用，实用性较强，应用范围较广。

附图说明

图1是浮子式海浪发电装置示意图。

图中1是浮体、2是平衡浮体、3是滑轮、4是绳缆、5是输入轴，6是离合器，7是输出轴，8是飞轮、9是永磁同步电机、10是AC-DC-AC变换器。

图2是变特性曲线控制方法的特性图。图中，变特性曲线分为三部分：(1)线性上升区；(2)恒转矩区；(3)恒功率区。

图3是变特性曲线控制方法的电气系统配置图以及电机及其控制器的简化表示图。

图4是变特性曲线控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行说明。