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海洋潮流能发电控制系统研究

作　者: 王刚
导　师: 王树杰
学　校: 中国海洋大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 潮流能发电控制系统研究自动变桨距蓄电池充放电控制能耗负载控制
分类号: TM612
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着经济社会的不断发展,人们对能源的需求量也越来越大,而由于常规化石能源不可再生的特点,最终将导致该能源的枯竭,再加上化石能源大量消耗严重危害了人们的生存环境。因此,可再生能源的开发利用不断引起世界各国重视。在可再生能源中,潮流能因其具有能量密度大、可预测性强、载荷稳定、储量丰富等诸多优点而极具开发前景和价值。根据潮流能发电的特点,结合较成熟的风力发电技术,研究和开发适用于潮流发电能量转换的高可靠性、高效率、控制及供电性能良好的发电和检测控制系统,是海洋潮流能发电系统中的重要组成部分。介绍了课题研究的目的、背景和意义,综述了现有的潮流能发电系统在国内外的发展概况,以及现有的潮流能发电系统所采用的控制技术及其实现方法。确定了潮流能发电系统的基本构成和原理,其中包括水轮机、永磁同步发电机(PMSG)、二极管整流桥、Buck变换器、蓄电池、逆变器和控制器等,分别介绍了相关的控制技术。介绍了潮流能发电检测控制系统的设计过程。确定了该系统的整体结构设计和工作原理,从硬件电路设计和软件程序开发两个方面展开,详细阐述了系统所采用先进技术,其中包括变速恒频技术、蓄电池充放电控制、能耗负载控制和自动变桨距控制的运行原理及实现策略。另外,还结合永磁同步发电机本身的特点,采取相应的控制和保护措施,保证发电系统可靠、安全、稳定运行。该控制系统于2008年12月在胶南斋堂岛进行海试,实践证明了系统设计方案的正确性和可行性。最后,系统以成熟的风力发电并网运行技术为参考,结合潮流能发电自身的特点,分析并提出了潮流能无刷双馈发电系统并网运行控制策略。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-20
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 课题的来源及研究意义  11-12
  1.3 潮流能发电技术概况  12-17
    1.3.1 国外潮流能发电技术现状  12-14
    1.3.2 国内潮流能发电技术现状  14-17
  1.4 课题研究内容以及关键技术  17-18
  1.5 小结  18-20
2 潮流能发电系统组成及工作原理  20-30
  2.1 潮流能发电系统的结构  20
  2.2 潮流能发电系统的运行特点  20-21
  2.3 系统中各部件的功能原理  21-29
    2.3.1 永磁同步发电机  21-23
    2.3.2 蓄电池的分类及充、放电方法  23-24
    2.3.3 电能变换单元和控制单元  24-29
    2.3.4 控制器  29
  2.4 小结  29-30
3 潮流能发电检测控制系统设计  30-50
  3.1 系统控制要求  30-31
  3.2 控制系统工作原理  31-32
  3.3 主要部件的选择  32-34
    3.3.1 永磁同步发电机  32
    3.3.2 扭矩传感器  32-33
    3.3.3 整流模块  33
    3.3.4 蓄电池  33-34
  3.4 硬件电路的设计  34-45
    3.4.1 单片机接口电路  35-39
    3.4.2 辅助电源电路  39-40
    3.4.3 能耗负载控制电路  40
    3.4.4 蓄电池充、放电控制电路  40-43
    3.4.5 水轮机扭矩转速检测电路  43-44
    3.4.6 矩阵键盘扫描输入电路  44-45
    3.4.7 自动变桨距控制回路设计  45
  3.5 系统软件设计  45-49
    3.5.1 软件开发平台  46
    3.5.2 主程序设计  46-47
    3.5.3 能耗负载控制子程序  47
    3.5.4 自动变桨距控制子程序  47-48
    3.5.5 蓄电池充放电控制子程序  48-49
  3.6 小结  49-50
4 5kw样机海试现场及结果分析  50-54
  4.1 实验数据分析  50-51
  4.2 实验设备和海试现场图片  51-54
5 潮流能发电系统并网运行控制策略  54-62
  5.1 鼠笼异步发电系统  55
  5.2 永磁发电机变速恒频发电系统  55-56
  5.3 交流励磁双馈型变速恒频发电系统  56-57
  5.4 无刷双馈发电机变速恒频发电系统  57-58
  5.5 磁场调制型变速恒频发电系统  58-59
  5.6 小结  59-62
6 总结与展望  62-64
  6.1 结论  62
  6.2 创新点  62-63
  6.3 展望  63-64
参考文献  64-68
个人简历  68-69
发表的学术论文  69-70
致谢  70

海洋潮流能发电控制系统研究

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