一种潮汐能控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种潮汐能控制系统，包括潮汐能发电装置、硬件电路拓扑和控制模块，硬件电路拓扑包括不控整流电路和Boost变换器电路，Boost变换器电路并联有混合半导体并联器件；控制模块包括变步长频率自适应滤波控制器、最大功率跟踪控制器和高性能预测控制器。本发明专利技术通过自适应最大功率控制策略来实现对输出功率的最大功率点捕获，同时在不过多损失功率的前提下对潮汐能输出功率进行平滑处理；通过高性能预测控制方法通过建立包含装置损耗、谐波含量、功率因素的代价函数，实现功率变换器高效率、低谐波含量以及高功率因素运行。因此本发明专利技术能让潮汐能发电装置在海岛、海岸或者海上发电过程中满足高性能以及高稳定供电需求。需求。需求。

【技术实现步骤摘要】
一种潮汐能控制系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及发电
，具体涉及一种潮汐能控制系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着对潮汐能潮汐能发电装置在海岛、海岸或者海上发电过程中电能质量要求的不断提高，高性能以及高稳定供电需求成为潮汐能发电装置发展的趋势。该目标的实现需要更高性能的控制策略。传统的最大功率跟踪策略在光伏、风力发电中的应用已经发展成熟，然而，由于海洋环境的特殊性，海流速度的变化会导致水轮机的功率产生较大的波动，其中膨胀效应是造成当前速度变化的主要原因。如现有专利技术文献CN201410622989.X中所公开的内容所示，传统的叶尖速比最大功率点跟踪算法需要水轮机在膨胀效应下频繁加速或减速，这会导致发电机功率出现严重波动，使得装置的稳定性较差。与此同时，由于整个系统为非线性，水轮机输出功率因数受系统影响变化较大，无法满足高性能供电需求。因此。亟需设计一种复合控制方式以克服单一控制方式的不足。
[0003]为了满足潮汐能潮汐能发电装置在海岛、海岸或者海上发电过程中满足高性能以及高稳定供电需求，在最大功率跟踪的基础上与自适应滤波控制策略相结合，可以有效降低输出功率的波动，为了进一步降低由于系统非线性对高性能供电造成的影响，采用分数阶模型预测控制来提高发电机输出的功率因数。然而，现有专利技术文献CN 202111024969.9公开了分数阶虚拟惯量预测控制电池测试直流微网电压稳定方法，以及专利技术文献CN201810018676.1公开了基于电导增量的自适应步长光伏最大功率跟踪方法及系统，但自适应滤波最大功率跟踪与分数阶模型预测控制的复合控制在潮汐能潮汐能发电装置中的应用尚无全面的分析和研究。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的旨在提供一种潮汐能控制系统及其控制方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种潮汐能控制系统，包括潮汐能发电装置、硬件电路拓扑和控制模块，所述硬件电路拓扑包括不控整流电路和Boost变换器电路，所述Boost变换器电路并联有混合半导体并联器件；所述控制模块包括变步长频率自适应滤波控制器、最大功率跟踪控制器和高性能预测控制器；
[0007]所述潮汐能发电装置与所述不控整流电路的输入端连接，所述不控整流电路的输出端与所述Boost变换器电路的输入端连接，所述Boost变换器电路的输出端与所述变步长频率自适应滤波控制器输入端连接，所述变步长频率自适应滤波控制器输出端与所述最大功率跟踪控制器输入端连接，所述最大功率跟踪控制器输出端与所述高性能预测控制器的输入端连接，所述高性能预测控制器的输出端与所述混合半导体并联器件的连接；
[0008]所述不控整流电路用于把交流电压变为直流电压，所述控制模块通过调节所述混
合半导体并联器的导通或截止使得所述Boost变化器电路的输出电压和电流相对稳定，所述变步长频率自适应滤波控制器和最大功率跟踪控制器用于降低所述潮汐能发电装置输出功率的波动，所述高性能预测控制器用于提高所述潮汐能发电装置输出的功率因数。
[0009]进一步地，所述潮汐能发电装置包括水平轴水轮机和永磁发电机，所述水平轴水轮机通过转轴与所述永磁发电机连接。
[0010]进一步地，所述不控整流电路为三相不控整流电路，所述Boost变换器电路为两电平Boost变换器电路，所述混合半导体并联器件为IGBT/MOSFET混合器件。
[0011]进一步地，基于所述变步长频率自适应滤波控制器进行变步长频率自适应滤波控制的方法为：根据Boost变换器电路的输出功率对Boost变换器电路的输入电流频率的梯度变化，来调节变步长频率自适应滤波控制器中输入数字滤波器的频率大小，当梯度增大时采用小步长；反之采用大步长，将潮汐电能自带干扰频率滤除；实现Boost变换器电路的输出电流低次谐波的滤除，提高电能质量。
[0012]进一步地，所述数字滤波器为一阶数字滤波器，所述一阶数字滤波器输入端由电流/电压信号与截止频率信号组成，输出为滤波信号，其传递函数为
[0013]进一步地，进行所述变步长频率自适应滤波控制的具体步骤如下：
[0014]S01、启动初始程序检测所述Boost变换器输出侧电压Ut与输出侧电流It以及设定初始频率为0.07HZ，计算输出侧功率Pt；
[0015]S02、由公式Pt＝Ut*It计算输出侧功率、该时刻的输出功率Pt(k)对上一时刻的输出功率Pt(k
‑
1)的增量ΔPt＝Pt(k)
‑
Pt(k
‑
1)、该时刻的截止频率ft(k)对上一时刻的占空比ft(k
‑
1)的增量Δft＝ft(k)
‑
ft(k
‑
1)；
[0016]S03、判断增量ΔPt与Δft是否同向，即判断ΔPt和Δft是否均大于0或小于0，若是则令下一周期的截止频率ft(k+1)＝ft(k)+ftstep，随后返回步骤S01；反之则进入步骤S04；
[0017]S04、判断增量ΔPt与Δft是否反向，若是则令下一周期的截止频率ft(k+1)＝ft(k)
‑
ftstep，随后返回步S01。
[0018]进一步地，基于所述最大功率跟踪控制器进行最大功率跟踪控制的方法为：根据所述Boost变换器电路输入功率对占空比的梯度变化进行控制，通过增大Boost变换器电路输入电压信号来调节电感电流的I
L
大小，当梯度增大时输入电压信号增加一个步长；反之则减小一个步长，实现对Boost变换器电路前端输入功率实现最大功率跟踪。
[0019]进一步地，进行最大功率跟踪控制的具体步骤如下：
[0020]S11、启动初始程序检测boost变换器输入侧电压V
in
、输入电流I
L
、输出侧电压U
t
与输出侧电流I
t
，计算输入侧功率P
in
；
[0021]S12、由公式P
in
＝U
in*
I
L
计算输入侧功率P
in
(k)对上一时刻的输入功率P
in
(k
‑
1)的增量ΔP
in
、该时刻的占空比D(k)对上一时刻的占空比D
t
(k
‑
1)的增量ΔD
t
＝D
t
(k)
‑
D
t
(k
‑
1)；计算该时刻的输入电压信号V
in
(k)的步长
[0022]S13、判断增量ΔP
in
与ΔD
t
是否同向，即P
in
(k)>P
in
(k
‑
1)的同时D
t
(k)&a本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种潮汐能控制系统，其特征在于，包括潮汐能发电装置、硬件电路拓扑和控制模块，所述硬件电路拓扑包括不控整流电路和Boost变换器电路，所述Boost变换器电路并联有混合半导体并联器件；所述控制模块包括变步长频率自适应滤波控制器、最大功率跟踪控制器和高性能预测控制器；所述潮汐能发电装置与所述不控整流电路的输入端连接，所述不控整流电路的输出端与所述Boost变换器电路的输入端连接，所述Boost变换器电路的输出端与所述变步长频率自适应滤波控制器输入端连接，所述变步长频率自适应滤波控制器输出端与所述最大功率跟踪控制器输入端连接，所述最大功率跟踪控制器输出端与所述高性能预测控制器的输入端连接，所述高性能预测控制器的输出端与所述混合半导体并联器件的连接；所述不控整流电路用于把交流电压变为直流电压，所述控制模块通过调节所述混合半导体并联器的导通或截止使得所述Boost变化器电路的输出电压和电流相对稳定，所述变步长频率自适应滤波控制器和最大功率跟踪控制器用于降低所述潮汐能发电装置输出功率的波动，所述高性能预测控制器用于提高所述潮汐能发电装置输出的功率因数。2.根据权利要求1所述的一种潮汐能控制系统，其特征在于，所述潮汐能发电装置包括水平轴水轮机和永磁发电机，所述水平轴水轮机通过转轴与所述永磁发电机连接。3.根据权利要求1所述的一种潮汐能控制系统，其特征在于，所述不控整流电路为三相不控整流电路，所述Boost变换器电路为两电平Boost变换器电路，所述混合半导体并联器件为IGBT/MOSFET混合器件。4.一种变步长频率自适应滤波控制器的变步长频率自适应滤波控制的方法，所述变步长频率自适应滤波控制器为权利要求1所述的一种潮汐能控制系统中的所述变步长频率自适应滤波控制器，其特征在于，根据Boost变换器电路的输出功率对Boost变换器电路的输入电流频率的梯度变化，来调节变步长频率自适应滤波控制器中输入数字滤波器的频率大小，当梯度增大时采用小步长；反之采用大步长，将潮汐电能自带干扰频率滤除；实现Boost变换器电路的输出电流低次谐波的滤除。5.根据权利要求4所述的变步长频率自适应滤波控制的方法，其特征在于，所述数字滤波器为一阶数字滤波器，所述一阶数字滤波器输入端由电流/电压信号与截止频率信号组成，输出为滤波信号，其传递函数为6.根据权利要求4所述的变步长频率自适应滤波控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：S01、启动初始程序检测所述Boost变换器输出侧电压Ut与输出侧电流It以及设定初始频率为0.07HZ，计算输出侧功率Pt；S02、由公式Pt＝Ut*It计算输出侧功率、该时刻的输出功率Pt(k)对上一时刻的输出功率Pt(k
‑
1)的增量ΔPt＝Pt(k)
‑
Pt(k
‑
1)、该时刻的截止频率ft(k)对上一时刻的占空比ft(k
‑
1)的增量Δft＝ft(k)
‑
ft(k
‑
1)；S03、判断增量ΔPt与Δft是否同向，即判断ΔPt和Δft是否均大于0或小于0，若是则令下一周期的截止频率ft(k+1)＝ft(k)+ftstep，随后返回步骤S01；反之则进入步骤S04；S04、判断增量ΔPt与Δft是否反向，若是则令下一周期的截止频率ft(k+1)＝ft(k)
‑
ftstep，随后返回步S01。
7.一种最大功率跟踪控制器的最大功率跟踪控制的方法，所述最大功率跟踪控制器为权利要求1所述的一种潮汐能控制系统中的所述最大功率跟踪控制器，其特征在于，根据所述Boost变换器电路输入功率对占空比的梯度变化进行控制，通过增大Boost变换器电路输入电压信号来调节电感电流的I
L
大小，当梯度增大时输入电压信号增加一个步长；反之则减小一个步长，实现对Boost变换器电路前端输入功率实现最大功率跟踪。8.根据权利要求7所述的最大功率跟踪控制方法，其特征在于，进行最大功率跟踪控制的具体步骤如下：S1...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱勇，戴瑜兴，彭子舜，赵振兴，刘增，杨亚超，聂鸿宇，王伟红，
申请(专利权)人：深圳市京泉华科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：