潮流发电模拟装置研究

作     者：冯天慜 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：罗耀华

授予年度：2013年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：潮流能模拟装置 单闭环控制 仿真 Buck-Boost电路 

摘      要：经济的飞速发展导致人类的能源需求不断上涨。传统化石能源一直是人类依赖的主要能源形式，但是随着它的储有量逐年下降，没有可再生性，污染环境等缺点，已经远远不能满足发展的需求。新型可再生能源近几年得到了各国的重视，它的特点是可以源源不断地为人类发展提供所需能量，新型能源完全利用自然变化规律，它的使用不会对自然造成额外污染。潮流能作为新型可再生能源之一，因其能量密度大，具有较强的可预测性，储量丰富等特点极具开发价值。 潮流发电机是将潮流能转化为电能的关键装置，它的好坏直接决定了整个系统的转化效率、系统的稳定运行以及输出的电能质量。对于潮流发电的研究，大部分情况需要在不具备潮流能的环境下进行，那么潮流发电模拟装置，作为研究潮流发电的辅助设备，就显得尤为重要，它可以缩短潮流发电的研发周期，降低研发经费，减少实验风险，对于潮流发电的研究有着重要的意义。 本文结合较为成熟的光伏和风力发电模拟装置，研究开发简单、易操作、高可靠性、高效率的适用于潮流发电的模拟装置。首先阐述了国内外对潮流能的研究现状和意义，介绍了潮流发电的贝兹理论，水轮机的特性以及水轮机的最大潮流能捕获原理，并且在此基础上对水轮机输出特性进行了数学建模与matlab仿真。潮流发电的输出特性曲线为功率-转速曲线，本文用到的是潮流发电的输出电流-电压曲线，这样就需要对曲线进行折算，对曲线的折算思想进行了简单的介绍。然后介绍了几种常用潮流能模拟装置的拓扑结构，分别阐述各拓扑结构的优缺点，对各个结构进行对比分析，最终选取Buck-Boost电路作为潮流能模拟装置的主拓扑，并对此拓扑进行了工作原理分析、参数计算、闭环系统建模、控制参数的选取等。 对潮流能模拟装置进行软硬件方面的设计，包括整体电路的系统结构设计、各功能芯片的选定、主电路和驱动电路的设计，保护电路和关断吸收网络的设计，控制电路设计和电磁兼容设计。以流程图的形式对控制电路部分软件设计思想进行了描述，大致介绍了实际潮流特性输出曲线的拟合，将实际的潮流曲线通过分段多项式的形式进行表示。通过matlab仿真对整体设计的合理性进行验证，最终依据仿真搭建实验平台，验证辅助电路的可靠性和系统各关键点的波形，并对系统的动静态特性进行分析，验证了设计的合理性。