学术论文——潮汐发电.doc

基于潮汐发电技术的海滨智能别墅的研究 Based on the seashore of tidal power technology of intelligent villa 自动化093班 吴士保 方哲 伍立利 李睿 李久恒 梁林林 鱼亮 贾延昭 王俊翔 指导教师：盖荣丽 摘要：潮汐发电技术的海滨智能别墅的设计研究涉及一种发电技术，主要是利用海水潮汐发电的技术，使别墅的能源可以自给自足，达到环保的效果。同时设计海滨智能别墅的相关配套设施，包括家居智能控制设计及远程医疗等。潮汐发电符合国家新能源政策，是未来发电的在一个的重要方向，大连是海滨城市有极其丰富海洋资源，利于发展潮汐发电，是一项利国利名的工程。潮汐发电涉及多门学科，包括控制理论及应用、计算机技术、传感器、机械、电机拖动等学科知识，利用电机双馈技术、变频控制通过 在这项研究中首先考虑的就是发电设施的设计。 在这项研究中首先考虑的就是发电设施的设计，发电的基本原理就是切割磁感线，首先产生的是电动势而非电能。只有当接上回路时，电动势才能产生电流从而有电能发出。电机在利用转动时，切割磁感线，从而产生感应电动势。电流切割磁感线产生电磁扭矩，与负载扭矩平衡；同时，电流产生的磁场增强了原来的磁场，加强了感应电动势，使感应电动势再次等于外加电动势从而在电路中也达到平衡 然后通过直流 逆变电路 交流变压器 交流 滤波器 变频器 交流 首先就是稳压的过程，把不稳定的电压稳定，通过桥式整流电路把交流电转化为比较容易控制的直流电，通过逆变电路把直流转化为交流然后通过交流稳压器使交流的电压进一步恒定，达到比较理想的情况。能够达到人们日常生活用电的电压大小，然后进一步通过变频器使频率稳定在50HZ最终达到人们可以使用的正常的交流电。 双馈技术 使用双馈技术只要是为了实现电能的有效利用，避免能源的浪费。把多余的电量重新返回给电网实现了最大化的节约能源还能带来一定的效益。实现发电机双馈功能控制系统的效率，除了减小转差功率外还应该考虑如何利用电机使其处于在理想的工作状态，显然鼠笼型异步电机难以胜任，只有绕线式异步电机才能做到。本次设计采用绕线转子异步电机，通过控制转子侧的相应参数，使其工作在超同步转速回馈制动状态，可以实现定子侧、转子侧向电网的双向回馈。如图2所示 图2异步电动机超同步转速回馈制动状态 其中CU为功率控制单元，进入这种运行状态的必要条件是有位能性机械外力作用在电机轴上，并使电机能在超过其同步转速n1的情况下运行。电机处在发电状态工作，转差率s 0，电机功率由负载通过电机轴输入，经过机电能量变换分别从电机定子侧与转子侧馈送至电网。这就实现了电机功率的双向回馈。系统能把异步电动机的转差功率回馈给交流电网，从而使扣除装置损耗后的转差功率得到有效利用，大大提高了调速系统的效率。 双馈异步式发电机其转子侧为三相绕组。利用变频器可以改变其转子侧的电压和电流相位，幅值，频率，从而实现励磁控制，达到输出功率恒频恒压，具体控制方法在第三部分讲述。其桨叶采用转子电流调节，定子直接与电网相连，转子通过双向变频器与电网连接，可实现功率的双向流动。 双馈电机本质上和普通异步电机的运行原理一致，主要不同之处是普通异步电机转子上电流频率决定于电机转子的运行速度，其电流频率的大小与转差率有关，并且转子上的电流频率不能人为调整。而双馈电机却可以通过向绕线式转子中外加交流励磁电源供电，其频率可以人为地调节。所以双馈电机既具有异步电机的工作特性，又具有同步电机的工作特性，是一种同步特性的特殊异步电机。 采用这种交流励磁变速恒频的双馈异步发电机系统有如下优点： (1)允许原动机在一定范围内变速运行，简化了调整装置，减少了调速时的机械应力。同时使机组控制更加灵活、方便，提高了机组的运行效率。 (2)调节励磁电流幅值和相位，可调节发出的有功和无功功率。应用矢量控制可实现有功和无功功率的独立调节。 (3)变频器的功率仅为电机额定容量的一部分，使变频器装置体积减小，成本降低，投资减小。 正因为以上优点，使得交流励磁双馈发电机成为变速恒频风力发电领域的主流发电机。 双馈电机实现双馈的数学模型 当异步电机以发电状态运行时，它被拖着运转，从转动轴上输入机械功率，经机电能量变换后以电功率的形式从定子侧输出（馈出）到电网。而双馈电机的转子侧也可以把能量回馈到电网。 图3双馈电机转子侧回馈电网的原理图 异步电机运行时其转子相电动势为 （1）