一种基于直流母线电压控制的潮流发电控制系统及其直流母线电压控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是新能源发电技术领域，具体涉及一种基于直流母线电压控制的潮流发电控制系统及其直流母线电压控制方法。
【背景技术】
[0002]众所周知，化石能源的燃烧是导致全球气候巨大变化的主要原因，采用清洁无污染的可再生新能源是势在必行的，这导致了探索可再生新能源，如风能，太阳能和海洋能。目前，最常见的可再生新能源无疑是已经商业化很多年的风力发电和太阳能发电。然而，这些可再生能源技术的主要缺点是其不可预测性和无规律性。作为非常有潜力的可再生新能源之一的海洋潮流能，其清洁无污染、可预测性高、对环境影响小，对潮流能的开发可以有效地改善我国能源结构，降低化石能源燃烧带来的环境污染。潮流是由于太阳和月亮的引力作用，引起海水水位的周期性流动而产生的。潮流能得能量密度较高，开发和利用潮流能可以无需建大坝，减少项目设施的投资；如果将水轮机组浸没在海底，对航海运输不会造成影响。
[0003]最近20年，潮流能源领域得到了显著的发展，到目前为止，已经有超过20个国家和地区参与到潮流能的开发利用中，其中英国、荷兰、丹麦、美国等国家已走在了世界的前列，潮流能的开发利用得到世界各国政府、科研机构的重视。虽然潮流能源技术仍有不少挑战，但在对潮流能开发利用选址、经济技术和环境影响等全面评估基础上，提出了多种类型的原型设计，并在实验室、海域进行了试验和测试，正在进入潮流能的规模化开发利用阶段。目前国际上潮流能开发利用技术较为成熟，已经开始进入试验和商业化运作阶段，众多兆瓦级装机容量的潮流发电项目正在商业开发筹划建设中。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种发电效率高，系统稳定性好，成本低的基于直流母线电压控制的潮流发电控制系统。
[0005]本发明的目的还在于提供一种基于直流母线电压控制的潮流发电控制系统的直流母线电压控制方法。
[0006]本发明的目的是这样实现的:
[0007]—种基于直流母线电压控制的潮流发电控制系统，由水轮机、永磁直驱发电机、不可控整流装置、滤波装置、电池柜、三相逆变器、岸上开关柜、主控系统、能量释放单元等组成;所述的主控系统是潮流发电控制系统的核心部分，包括DSP2406芯片，DSP2406芯片包括A/D转换模块、I/O模块、编码器接口和RS232串口，通过编码器获得水轮机的转速，直流母线电压电流、潮流流速和放电电流经A/D转换模块转化成数字信号，数字信号经DSP2406芯片运算输出PWM信号到驱动芯片，驱动芯片控制功率元件IGBT的通断。
[0008]还包括电力电子系统，电力电子系统包括三相不可控整流器、三相逆变器、能量释放单元、输出电感滤波器，三相不可控整流器连接能量释放单元和三相逆变器，能量释放单元分别连接主控系统和电阻箱，三相逆变器连接输出电感滤波器，输出电感滤波器连接岸上开关柜，岸上开关柜连接三相负载，三相不可控整流器与永磁直驱发电机相连，永磁直驱发电机发出的交流电经过三相不可控整流器整流，然后再将其输出的直流电逆变为具有期望幅值和频率的交流电，交流电经过输出电感滤波器滤波传送到岸上供给用户。
[0009 ]主控系统控制功率元件IGBT的通断时间跟踪永磁直驱发电机组输出的最大功率；同流速下潮流发电系统具有相应的最优功率，潮流流速与永磁直驱发电机的转速有对应关系；为了追踪最优功率，控制永磁直驱发电机的转速，也即永磁直驱发电机组输出电压，保持直流母线电压为恒定值；当潮流流速低于永磁直驱发电机的启动转速时，永磁直驱发电机组输出功率为0，不能保持直流母线电压恒定，主控系统控制功率元件IGBT导通也不能维持直流母线电压的稳定，则有电池柜为直流母线供电；当潮流流速高于永磁直驱发电机的额定转速时，永磁直驱发电机组输出功率过大，直流母线电压过高，主控系统增加功率元件IGBT关断时间也不能维持直流母线电压的稳定，则多余电能通过能量释放单元消耗掉；当潮流流速在永磁直驱发电机的启动转速和额定转速之间时，主控系统控制功率元件IGBT适当的通断时间维持直流母线电压的稳定。
[0010]本发明的有益效果在于:
[0011 ] (I)主控系统通过实时控制IGBT通断时间、电池柜供电及能量释放单元消耗多余电能，有效降低了电力电子系统中三相逆变器的电压压力，系统灵活性强，提高整个发电系统的发电效率。
[0012](2)优化控制电路的设计。系统的结构采用功能较为独立的模块化设计。电能变换及处理系统是典型的电力电子系统。系统始终处于大电流、脉冲工作状态。这种工作状态对控制电路具有极强的干扰作用。
[0013](3)控制系统的输出通过电感滤波，并使用变压器隔离，减小输出谐波，使输出波形满足供电要求。
【附图说明】
[0014]图1为本发明潮流发电控制系统组成框图；
[0015]图2为本发明潮流发电控制系统原理图；
[0016]图3为本发明潮流发电控制系统工作原理图；
[0017]图4为本发明潮流发电控制系统整流部分和直流中间环节的电路原理图；
[0018]图5为本发明潮流发电控制系统的主控系统工作框图；
[0019]图6为本发明潮流发电控制系统的直流母线电压控制流程图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明做进一步描述。
[0021]本发明提供一种基于直流母线电压控制的潮流发电控制系统，本潮流发电控制系统由水轮机、永磁直驱发电机、不可控整流装置、滤波装置、电池柜、三相逆变器、主控系统、能量释放单元等组成。潮流发电控制系统采用不可控整流，利用直流母线电压控制实现潮流能最大功率跟踪。所述的直流母线电压控制方法是指当潮流流速高于永磁直驱发电机的额定转速时，永磁直驱发电机组输出的电能在直流侧过度积累会导致直流母线电压升高，为了防止直流母线电压过高将多余电能通过电阻箱消耗掉；当潮流流速低于永磁直驱发电机的启动转速时，永磁直驱发电机组输出的功率为O，会导致直流母线电压降低，需通过电池柜供电来保持直流母线电压恒定；当潮流流速在永磁直驱发电机组的启动转速和额定转速之间时，主控系统控制功率元件IGBT适当的通断时间维持直流母线电压的稳定。本发明所述潮流发电控制系统具有发电效率高，系统稳定性好，成本低等优点，通过直流母线稳压控制方法实现最大潮流能捕获功能。
[0022]—种潮流发电控制系统，包括水轮机、永磁直驱发电机、不可控整流装置、滤波装置、电池柜、三相逆变器、主控系统、能量释放单元等组成。
[0023]所述的主控系统是潮流发电控制系统的核心部分，它起着对全局的控制作用。其包括DSP2406芯片，DSP2406芯片包括A/D转换模块、I/O模块、编码器接口和RS232串口，通过编码器获得水轮机的转速，直流母线电压电流、潮流流速、放电电流经A/D转换模块转化成数字信号，数字信号经DSP2406芯片运算输出HVM信号到驱动芯片，驱动芯片控制功率元件IGBT的通断。
[0024]还包括电力电子系统，电力电子系统包括三相不可控整流器、三相逆变器、能量释放单元、输出电感滤波器，三相不可控整流器连接能量释放单元和三相逆变器，能量释放单元分别连接主控系统和电阻箱，三相逆变器连接输出电感滤波器，输出电感滤波器连接岸上开关柜，岸上开关柜连接三相负载，三相不可控整流器与永磁直驱发电机相连，永磁直驱发电机发出的交流电经过三相不可控整流器整流，然后再将其输出的直流电逆变为具有期望幅值和频率的交流电，交流电经过输出电感滤波器滤波传送到岸上供给用户。
[0025]本发明的另一个目的是一种潮流发电控制系统的直流母线电压控制方法如下:所述的主控系统控制功率元件IGBT的通断时间跟踪永磁直驱发电机组输出的最大功率。不同流速下潮流发电系统具有相应的最优功率，潮流流速与永磁直驱发电机的转速有对应关系。为了追踪最优功率，控制永磁直驱发电机的转速，也即永磁直驱发电机组输出电压，保持直流母线电压为恒定值。当潮流流速低于永磁直驱发电机组的启动转速时，永磁直驱发电机组输出功率为O，不能保持直流母线电压恒定，主控系统控制功率元件IGBT导通也不能维持直流母线电压的稳定，则有电池柜为直流母线供电。当潮流流速高于永磁直驱发电机组的额定转速时，永磁直驱发电机组输出功率过大，直流母线电压过高，主控系统增加功率元件IGBT关断时间也不能维持直流母线电压的稳定，则多余电能通过能量释放单元消耗掉。当潮流流速在永磁直驱发电机组的启动转速和额定转速之间时，主控系统控制功率元件IGBT适当的通断时间维持直流母线电压的稳定。
[0026]为了使本发明实现的技术手段，创作特征，达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图举例对发明做出更加详细的描述:
[0027]结合图1和图2，本发明的潮流发电系统由水轮机、永磁直驱发电机、不可控整流装置、滤波装置、电池柜、三相逆变器、主控系统、能量释放单元等构成。水轮机的旋转运动经主轴带动永磁直驱发电机旋转，完成潮流能向电能的转化，永磁直驱发电机发出的电能输送到电力电子系统。在电力变化过程中，电能由不可控整流器整流输送到直流母线，三相逆变器将直流电逆变成具有期望幅值和频率的交流电经输出电感滤波器后便可以为交流负载供电。电池柜可以为直流母线供电。
[0028]结合图2和图3，本发明的潮流发电控制系统有三个工