海流能发电技术中电力变换系统的优化研究

【摘要】：可再生能源的利用近几年来逐步成为政府和社会关注的热点，它的利用不仅可以缓解中国经济高速发展过程中煤炭和石油等能源供应紧张的压力，还可以改善我国能源结构，保护大气环境，减轻环境污染，促进中国经济走上可持续发展的道路。可再生能源包括风能，太阳能，海流能等。其中海流能的合理利用和开发一直是我国发展的一个重点。利用海流能来发电，不仅可以缓解当下的能源危机问题，而且具有可持续性，无污染性，对沿海居民的用电也带来了很大的方便，是解决民生的大事。本文基于海流能发电这一课题，包含以下内容： 搭建了海流能发电系统的整体模型。海流能发电系统是一个比较复杂的系统，它包括三个部分：水轮发电机组，电力变换系统，监控系统。这三部分是一个整体，互相之间相辅相成，无论是从控制算法还是电力回路来说都需要考虑全面，设计出稳定性较高，发电效率较高的系统。 确定了水轮机，传动装置，发电机的数学模型，并且建立了它们的仿真模型。洋流发电的特点在于它的流速是时变的，因此发出的电的频率也是时变的，而且其发电质量与水轮机，传动装置，发电机的数学模型都是相关的。所以研究这些装置的数学模型对于确定整个电力系统的主回路的拓扑结构有着重要的意义。 确定了功率变换电路中，三相整流电路的拓扑结构。三相整流电路的拓扑结构有很多，通过对三相单开关和六开关的仿真并考虑到系统的实际需要，最终确定了选择三相单管PFC电路，并对其参数做出了一定的优化。 对三相功率因数校正的算法进行了研究。为了保证电网输出电力效率能达到最大而确定了一种能进行三相功率因数校正的电路拓扑结构。 【关键词】：可再生能源 Boost PFC 功率变换电路 海流能发电系统 水轮机
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM46;TM612
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题背景9-11
• 1.2 可再生能源发展现状11-13
• 1.3 系统的设计要求13
• 1.4 课题意义13-15
• 2 100kW 水平轴海流能发电系统总体设计15-28
• 2.1 系统总体架构15-16
• 2.2 水轮发电机组水下监控系统设计16-19
• 2.3 电力变换系统设计19-28
• 2.3.1 功率变换电路19-26
• 2.3.2 信号采集模块26
• 2.3.3 控制算法模块26-28
• 3 发电机组建模与仿真28-37
• 3.1 水轮机的建模与仿真28-30
• 3.1.1 水轮机简介28-29
• 3.1.2 水轮机数学模型29-30
• 3.2 齿轮箱与传动链模型30-32
• 3.2.1 齿轮箱简介30
• 3.2.2 传动链的数学模型30-32
• 3.3 发电机模型32-35
• 3.3.1 发电机介绍32-33
• 3.3.2 发电机数学模型33-35
• 3.4 发电机组 Matlab 模型35-37
• 3.4.1 水轮机的 Matlab 模型35-36
• 3.4.2 传动链的 Matlab 模型36
• 3.4.3 发电机组整体模型36-37
• 4 变流系统拓扑结构及分析37-50
• 4.1 功率因数校正的意义37-41
• 4.1.1 功率因数的定义37-38
• 4.1.2 功率因数校正的必要性38
• 4.1.3 功率因数校正算法38-41
• 4.2 三相 Boost PFC 电路拓扑结构41-46
• 4.3 三相 Boost PFC 电路拓扑结构的优化46-50
• 4.3.1 三相六开关 boost 电路的仿真分析46-48
• 4.3.2 三相单开关 boost 电路的仿真分析48-50
• 5 发电机组及变流系统仿真实验与分析50-63
• 5.1 三相单开关 boost 电路的工作模态分析50-58
• 5.2 三相单开关 boost 电路电感的器件参数的优化选择58-63
• 5.2.1 IGBT 开关频率的选择59
• 5.2.2 三相储能电感的选择59-63
• 6 结论63-64
• 6.1 总结63
• 6.2 展望63-64
• 参考文献64-66
• 硕士期间发表（录用）论文情况66-67
• 个人简历67-68
• 致谢68

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