[發(fā)明專利]一種直驅式波浪發(fā)電最大功率跟蹤系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710615519.4
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107918436B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設計）人: 余海濤;沈天驕;曾成;王震東
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種直驅式波浪發(fā)電最大功率跟蹤算法及其系統(tǒng)，包括永磁直線發(fā)電機、三相可控整流器、Buck?Boost變換器、信號檢測調理電路、DSP控制電路。永磁同步直線發(fā)電機采用改進的直接推力控制，通過調整發(fā)電機電磁力的大小，進而改變直線發(fā)電機在海浪中的受力情況。最優(yōu)電磁力由模糊變步長的最大功率跟蹤算法得到，進而實現(xiàn)對最大功率跟蹤。針對極端天氣情況，采用線性霍爾計算電機動子位置，實時監(jiān)測發(fā)電機運行狀態(tài)。在波浪發(fā)電系統(tǒng)中，對于提高發(fā)電效率、增加經濟效益具有重要作用。

技術領域

本發(fā)明涉及一種直驅式波浪發(fā)電最大功率跟蹤系統(tǒng)，屬于新能源發(fā)電技術領域。

背景技術

新能源在能源架構上將扮演越來越重要的角色，太陽能和風能已經在大規(guī)模開發(fā)，相關技術也日漸成熟，然而對于波浪能的利用還處在起步階段。其中，利用直線電機作為發(fā)電機的方法由于電機的特殊結構，減少了大量的傳動裝置，減少了不必要的機械損耗，增加了發(fā)電效率等優(yōu)勢，正在波浪發(fā)電領域扮演越來越重要的角色。但是，波浪能具有很強的不穩(wěn)定性，這就導致發(fā)出的功率不平衡，實現(xiàn)對直驅式波浪發(fā)電系統(tǒng)的最大功率追蹤對于提高發(fā)電效率，增加經濟效益有著重要的意義。

現(xiàn)有的直驅式波浪發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤通常調整波浪發(fā)電系統(tǒng)中BOOST、BUCK等DC/DC變換器中開關管的占空比，調整系統(tǒng)等效阻抗，控制系統(tǒng)等效為阻性負載，實現(xiàn)最大功率捕獲。但是，由于波浪的時變性非常強，這類方法在動態(tài)性能上難以滿足要求，降低了波浪發(fā)電的效率。

發(fā)明內容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術中存在的問題，提出一種直驅式波浪發(fā)電最大功率跟蹤系統(tǒng)，在實現(xiàn)波浪發(fā)電電能處理的基礎上，將發(fā)電機最大功率傳輸條件和發(fā)電機自然受力相結合，對波浪能實現(xiàn)最大功率捕獲，增加波浪發(fā)電的經濟效益，提高系統(tǒng)動態(tài)性能；霍爾位置檢測電路能有效監(jiān)控發(fā)電機運行狀態(tài)，提高系統(tǒng)運行的可靠性和安全性。

技術方案：一種直驅式波浪發(fā)電最大功率跟蹤算法，通過電壓電流傳感器采集發(fā)電機電壓電流并計算發(fā)電機功率，通過調整發(fā)電機電磁力，尋找滿足dP/dF_e＝0這一條件的最大功率點，調整三相可控整流器每個橋臂開關管的占空比，改變輸出電壓電流；

其中，F(xiàn)_e為永磁直線發(fā)電機的電磁力，描述為：

式(1)中，p為電機的極對數(shù)；Ψ_s為電機的定子磁鏈；L_d、L_q分別為電機的直軸、交軸電感；Ψ_p為動子永磁體磁鏈；δ為定子、動子磁鏈的夾角。

進一步的，采用模糊變步長跟蹤算法尋找最大功率點對應的電磁力，具體實現(xiàn)步驟包括：

步驟1、確定電磁力范圍：根據(jù)系統(tǒng)設計的最大加速度a_max、海況資料、電機結構尺寸計算作用在發(fā)電機上垂直力F_h的經驗值范圍，按照公式(19)確定上下兩個方向電磁力的范圍：

F_e+F_h-Mg＝Ma (19)

向上運動時，電磁力方向向下，電磁力范圍0～F_up，采用具有模糊控制器的變步長MPPT算法從最大電磁力逐漸減小尋找最大功率對應電磁力；向下運動時，電磁力方向向上，電磁力范圍0～Fdown，同樣采用具有模糊控制器的變步長MPPT算法尋找最大功率對應電磁力；

步驟2、采用模糊控制器，該模糊控制器的輸入量為相鄰兩次的功率差及功率差對時間的微分，建立模糊控制規(guī)則，得到輸出量電磁力變化步長；當相鄰兩次的功率差ΔP_i＜0時，取此時電磁力作為最大功率點對應的電磁力。