基于DSP的波浪能发电电能变换系统设计

　　摘要：波浪能是海洋能的一种，是清洁能源，中国波浪能的理论储量为7000万千瓦左右。波浪能发电装置，先将波浪通过机械液压装置，转换成动能，通过传动机构带动发电机发电。该发电机发出的电能需要通过电能变换系统，实现海上到岸上的电能传输，进而实现储能并网发电。以DSP为核心控制单元，设计了海上升压变换装置和岸上的储能及能量管理装置。

　　关键词：波浪能;升压;储能;能量管理

　　波浪能发电电能变换系统在系统中起着重要作用。一方面需要对发电机输出的电压进行升压传输;另一方面，波浪能本身是不稳定的，波浪比较小的时候，甚至都不足以提供整个系统的辅助电能，所以需要储能，需要电能变换系统效率高。系统控制器根据前级机械装置的功率，通过能量管理装置对波浪能发电的并网功率进行控制。本文对海上升压储能变换器及水上能量管理单元的硬件、软件进行设计。

　　1硬件电路设计

　　海上升压变换器分为两级升压。第一级升压对发电机输出的交流电进行整流并做功率因数校正，同时对电池B1进行充电。第二级升压将电池电压升高到1000V，实现远电能距离传输。第一级升压电路的输入是发电机，发电机转速是变化的，电压也是从0开始上升到额定值的，不需要软起电路。第二级升压电路的输入是电池，为了避免闭合电池开关K1时候二极管D6过流损坏，设计了由K1、K2、R1组成的软起切换电路。先闭合开关K2，待电容C2的电压与电池电压接近了，再闭合K1断开K2，由电阻R1进行限流，从而实现软启动。

　　由Buck变换器和并网逆变器组成。Buck变换器将海上传输过来的1000V高压变换成并网逆变器可以承受的电压，并接受主控计算机的指令，实现对并网功率的实现。并网逆变器选用成熟的光伏并网逆变器，工作稳定可靠。

　　2软件设计

　　一级升压限流充电变换器软件设计。一级升压限流充电变换器软件主要实现的功能有对发电机输出的电能进行功率因数校正，同时对蓄电池进行充电，与液压控制器进行RS485Modbus通信，实时接收液压控制器的充电电流参数。二级升压变换器软件设计。二级升压变换器主要实现升压传输，软件需要实现Boost电路的数字控制，采用电流内环、电压外环的双闭环串级控制系统。能量管理变换器软件设计。能量管理变换器软件实现的主要功能有实现Buck变换器的双闭环控制，与主控计算机进行RS485Modbus通信，对Buck电路的输出功率进行控制。

　　能量管理变换器和主控计算机的Modbus数据帧格式。最大功率点的电压与接收到的功率成正比。增加功率控制环，实际功率小于接收到的功率则电流给定限值增加，Buck电压上升，光伏逆变器的输出功率也上升;反之实际功率大于接收到的功率则电流给定限值减小，Buck电压下降，光伏并网逆变器的输出功率也下降。

　　3样机实验及工程经验

　　只做了一台额定功率为2kW的实验样机。控制芯片采用TI的TMS320F28335。在实验室波浪模拟装置上实验，系统能正常给蓄电池充电，实现高压传输，并稳定并网发电。在海边进行了实际工况实验，实际工况下，波浪能具有周期长、电压波动大的特点，需要尽可能吸收波浪能到蓄电池中，维持系统待机、不宕机，对系统运行参数做了多次迭代优化。

　　电力论文范例：基于单片机的光伏追日系统设计

　　4结束语

　　本文为波浪能发电装置的电能变换系统及其数字控制提供了一个设计参考，实际证明该方案稳定可靠，系统能稳定发电，并且系统待机功耗小。可以为波浪能发电系统的后续研究提供实际经验，具有参考价值。

　　参考文献

　　[1]沙占友，王彦朋，安国臣，等.开关电源设计入门与实例解析[M].北京：中国电力出版社，2009

　　[2]沙占友，王彦朋，安国臣，等.单片机外围电路设计[M].北京：电子工业出版社，2003

　　[3]张卫平，陈亚爱，关晓菡，等.开关变换器的建模与控制[M].北京：中国电力出版社，2006

　　[4]李斌，王卫国，刘克承.推挽DC-DC变换器建模与控制设计[J].现代电子技术，2011，34(24)：18-22，25

　　作者：尹玲