一种基于有源逆变的近海波浪能并网发电控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于有源逆变的近海波浪能并网发电系统及控制方法，该系统包括：波浪能收集装置，包括多个相互连接的波浪俘能单元，波浪俘能单元的公共传动轴与齿轮箱相连，用于将波浪能转化为机械能；发电装置，用于将机械能转化为电能；电能变换电路，其输出端与电网相连，用于实现电能的逆变并网，对并网输出功率进行调节；检测控制电路，用于检测系统运行时的各项参数，并对系统进行控制。本发明专利技术利用模块化的波浪能收集装置将波浪能转换为机械能并最终转换为电能，通过基于坐标变换的电流控制，实现了单位功率因数下的逆变并网运行，同时利用最大功率点跟踪算法，使系统始终工作于最大功率输出状态，最大限度的利用了波浪能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新能源发电领域，尤其涉及一种基于有源逆变的近海波浪能并网发电系统及控制方法。
技术介绍
目前，人类能源消耗越来越大，能源供应日趋紧张，新能源发电技术得到了快速的发展。其中，波浪能发电技术作为一种有效的新能源发电方式得到了越来越多的应用。海洋波浪蕴藏着巨大的能量，全球有经济价值的波浪能开采量估计为上亿千瓦。波浪能发电技术的应用可以在一定程度上缓解目前的能源紧张。随着电力电子技术的发展，新能源并网得到了较为广泛的应用。相比于太阳能和风能，波浪能的能量密度大，发电的有效运行时间长，更加适合于并网发电。近海海域的小型波浪能发电系统的并网发电可以避免长距离输电的高成本，更加灵活方便的实现与沿海电力网的并网，具有较大的应用前景。传统波浪能发电系统的体积较大，成本较高，且装置为固定结构，只能通过改变发电系统的数量来适应不同的发电功率需求，在小功率发电的应用场合配置不够灵活。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有波浪能发电装置结构固定，体积较大，成本较高，配置不够灵活的缺陷，提供一种小型低成本的近海波浪能发电系统，该系统波浪能收集装置由波浪俘能单元构成，可方便改变波浪俘能单元的数目并灵活适应不同的发电功率需求，系统通过有源逆变技术实现电能的并网，并利用最大功率点跟踪算法实现输出功率的最大化。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种基于有源逆变的近海波浪能并网发电系统，包括波浪能收集装置、发电装置和电能变换电路，发电装置和电能变换电路还与检测控制电路相连，其中：波浪能收集装置包括多个相互连接的波浪俘能单元，波浪俘能单元的公共传动轴与齿轮箱相连，用于将波浪能转化为机械能；发电装置用于将机械能转化为电能；电能变换电路包括整流电路和逆变电路，其输出端与电网相连，用于实现电能的逆变并网，并对并网输出功率进行控制；检测控制电路用于检测系统运行时的各项参数，并对系统进行控制。进一步地，本专利技术的波浪俘能单元包括浮板、单向离合轴承、轴承、连杆和传动轴；浮板通过连杆与单向离合轴承外圈相连，轴承设置在单向离合轴承的两端，单向离合轴承内圈、轴承内圈均与传动轴配合连接。进一步地，本专利技术的波浪俘能单元还包括支架，支架一端与轴承的外圈相连，另一端与海上固定发电平台相连，波浪俘能单元通过支架固定于发电平台。进一步地，本专利技术的多个波浪俘能单元相互连接组网，传动轴处于同一直线的两个波浪俘能单元之间通过联轴器将传动轴连接；传动轴之间存在夹角的两个波浪俘能单元之间通过锥齿轮将传动轴连接。进一步地，本专利技术的发电装置包括永磁同步发电机和多抽头三相变压器。进一步地，本专利技术的整流电路包括由电力二极管与电容组成的三相整流桥，逆变电路为由IGBT作为开关器件的三相桥式逆变电路。进一步地，本专利技术的控制与检测装置包括电压传感器、电流传感器、处理器和驱动电路；电压传感器与电流传感器分别用于检测电能变换装置的输出电流以及电压的有效值；处理器用于接收传感器的信息，经过处理后对系统进行适当的控制；驱动电路用于将系统的控制信号转化为可以驱动IGBT工作的较大功率驱动电压。本专利技术提供一种基于有源逆变的近海波浪能并网发电控制方法，装置可以根据波浪能收集装置产生的机械能对输出电流的幅值和相位的控制，装置通过将三相静止坐标中的ua、ub、uc，ia、ib、ic分量分别转换为两相旋转坐标中的d、q轴分量，利用PID调节以及前馈解耦，实现输出电流在两相旋转坐标系d、q两个维度的独立控制，对波浪能并网发电输出电能的有功功率和无功功率进行分别调节，进而实现单位功率控制，其中，d轴电流采用PD控制，q轴电流采用PI控制。进一步地，本专利技术的方法将三相静止坐标系下的电压及电流转换为与电网电压矢量同步旋转的两相旋转坐标系中的d、q轴分量，具体计算方法为：分别对电流id、iq进行PD控制与PI控制，经过前馈解耦，得到ud、uq；利用2r/3s变换，将其转换为输出信号a、b、c，具体计算方法为：其中，θ为电网的电压矢量旋转的角度，ua、ub、uc，ia、ib、ic分别为电网三相线电压以及三相线电流的经过测量得到的有效值。进一步地，本专利技术的该方法还包括过对输出电压以及电流进行检测，从而确定系统的电能输出功率；并根据输出电功率以及设定电流的增减状况判断电流的增减；当输出电功率与设定电流增减状态相同时，系统将会增加设定电流值；当二者的增减状态相反时，系统将会减小设定电流值；使系统始终工作在功率最大的状态。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术的基于有源逆变的近海波浪能并网发电系统，能够利用海洋中的波浪能进行发电，可以节约能源，缓解能源紧张；将近海海域波浪能转化为电能并直接输入沿海电力网，省去了电能的储存以及长 距离传输环节，提高了能量利用效率；本专利技术配置灵活、成本较低，波浪能收集装置采用了由波浪俘能单元组成的模块化设计，可以方便的改变波浪俘能单元的数目以适应不同发电功率需求；另外，本专利技术的控制方法采用基于坐标变换的电流闭环控制，可以根据波浪能收集装置产生的机械能对输出电流的大小以及相位进行调节，实现了单位功率因数下的并网运行；采用可变步长的最大功率点跟踪算法，使系统处于最优运行状态，实现了对波浪能最大限度的利用。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例的基于有源逆变的近海波浪能并网发电系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例的基于有源逆变的近海波浪能并网发电系统的波浪能收集装置的结构示意图；图3是本专利技术实施例的基于有源逆变的近海波浪能并网发电系统的电能变换电路的电路图；图4(a)是本专利技术实施例的基于有源逆变的近海波浪能并网发电控制方法的坐标变换算法示意图(a)；图4(b)是本专利技术实施例的基于有源逆变的近海波浪能并网发电控制方法的坐标变换算法示意图(b)；图4(c)是本专利技术实施例的基于有源逆变的近海波浪能并网发电控制方法的电流闭环算法示意图(c)；图5是本专利技术实施例的基于有源逆变的近海波浪能并网发电控制方法的最大功率跟踪算法示意图；图中，1-浮板，2-单向离合轴承，3-轴承，4-联轴器，5-锥齿轮，6-连杆，7-传动轴，8-支架，9-齿轮箱。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术实施例的基于有源逆变的近海波浪能并网发电系统，包括波浪能收集装置、发电装置和电能变换电路，发电装置和电能变换电路还与检测控制电路相连，其中：波浪能收集装置包括多个相互连接的波浪俘能单元，波浪俘能单元的公共传动轴与齿轮箱9相连，用于将波浪能转化为机械能；发电装置用于将机械能转化为电能；电能变换电路包括整流电路和逆变电路，其输出端与电网相连，用于实现电能的逆变并网，并对并网输出功率进行控制；检测控制电路用于检测系统运行时的各项参数，并对系统进行控制。波浪俘能单元包括浮板1、单向离合轴承2、轴承3、连杆6和传动轴7；浮板1通过连杆6与单向离合轴承2外圈相连，轴承3设置在单向离合轴承2的两端，单向离合轴承2内圈、轴承3内圈均与传动轴7配合连接。 波浪俘能单元还包括支架8，支架8设置在轴承3的下端，支架8一端与轴承3的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于有源逆变的近海波浪能并网发电系统，其特征在于，包括波浪能收集装置、发电装置和电能变换电路，发电装置和电能变换电路还与检测控制电路相连，其中：波浪能收集装置包括多个相互连接的波浪俘能单元，波浪俘能单元的公共传动轴与齿轮箱(9)相连，用于将波浪能转化为机械能；发电装置用于将机械能转化为电能；电能变换电路包括整流电路和逆变电路，其输出端与电网相连，用于实现电能的逆变并网，并对并网输出功率进行控制；检测控制电路用于检测系统运行时的各项参数，并对系统进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于有源逆变的近海波浪能并网发电系统，其特征在于，包括波浪能收集装置、发电装置和电能变换电路，发电装置和电能变换电路还与检测控制电路相连，其中：波浪能收集装置包括多个相互连接的波浪俘能单元，波浪俘能单元的公共传动轴与齿轮箱(9)相连，用于将波浪能转化为机械能；发电装置用于将机械能转化为电能；电能变换电路包括整流电路和逆变电路，其输出端与电网相连，用于实现电能的逆变并网，并对并网输出功率进行控制；检测控制电路用于检测系统运行时的各项参数，并对系统进行控制。2.根据权利要求1所述的基于有源逆变的近海波浪能并网发电系统，其特征在于，波浪俘能单元包括浮板(1)、单向离合轴承(2)、轴承(3)、连杆(6)和传动轴(7)；浮板(1)通过连杆(6)与单向离合轴承(2)外圈相连，轴承(3)设置在单向离合轴承(2)的两端，单向离合轴承(2)内圈、轴承(3)内圈均与传动轴(7)配合连接。3.根据权利要求2所述的基于有源逆变的近海波浪能并网发电系统，其特征在于，波浪俘能单元还包括支架(8)，支架(8)一端与轴承(3)的外圈相连，另一端与海上固定发电平台相连，波浪俘能单元通过支架(8)固定于发电平台。4.根据权利要求2所述的基于有源逆变的近海波浪能并网发电系统，其特征在于，多个波浪俘能单元相互连接组网，传动轴(7)处于同一水平面直线的两个波浪俘能单元之间通过联轴器(4)将传动轴连接；传动轴(7)之间存在夹角的两个波浪俘能单元之间通过锥齿轮(5)将传动轴连接。5.根据权利要求1所述的基于有源逆变的近海波浪能并网发电系统，其特征在于，发电装置包括永磁同步发电机和多抽头三相变压器。6.根据权利要求1所述的基于有源逆变的近海波浪能并网发电系统，其
\t特征在于，整流电路包括由电力二极管与电容组成的三相整流桥，逆变电路为由IGBT作为开关器件的三相桥式逆变电路。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：张清勇，何泽宇，钱浩，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42