近海可再生能源综合发电基础研究

科学地开发和利用近海可再生能源对缓解能源危机和环境污染问题，具有重要的意义。目前可利用的近海可再生能源主要包括近海风能、波浪能和潮流能。其中近海风力发电技术比较成熟，而波浪能和潮流能发电装置在海洋中运行，当风暴潮来临，漂浮的发电装置很容易被损坏，造成巨大的经济损失和安全隐患。本项目以提高近海可再生能源发电系统的安全性和可靠性为目标，构建近海可再生能源综合发电系统，研究其相关基础理论。首先，基于近海风力发电平台，融合波浪能和潮流能发电装置，对其在空间上进行合理布置，并且优化设计各发电装置之间以及综合发电系统与电网之间的电气连接方式。然后分别建立综合发电系统的详细模型和近海可再生能源发电场的等效模型，分析发电场与电网之间的交互作用。最后，在此基础之上研究含近海可再生能源发电场电网的网源协调控制策略，建立含近海可再生能源发电场电网的分层次控制策略体系，实现其安全稳定和平稳协调控制。

本项目以近海可再生能源发电为研究对象，以建立近海可再生能源综合发电构建、建模和控制的理论与方法为研究目标，取得如下主要进展：. （1）构建了近海可再生能源综合发电系统。首先，对综合发电基础结构进行了受力分析和优化设计。其次，分别从建设经济性、技术可行性和运行可靠性等方面，对近海可再生能源综合发电单元内部汇流方式和并网方式进行了对比分析，并给出了选择建议。然后，提出了考虑波浪与地形共振机制的波浪能发电新概念，实验结果表明其有效提高了波浪发电效率。最后，基于波浪的传输特性，提出了直驱式波浪发电场的优化布局方案，在保证发电场平均输出功率的同时改善功率输出的波动性。. （2）建立了近海可再生能源综合发电的模型。首先，构建了近海可再生能源综合发电系统的详细仿真模型。其次，提出了基于传递函数的近海可再生能源综合发电系统的非机理等效模型结构，以及准稳态、动态解耦辨识的等效建模方法。然后，利用实际风电场数据以及波浪、潮流实验数据验证等效建模方法的有效性和准确性。. （3）提出了近海可再生能源综合发电的控制理论与方法。首先，通过对含近海可再生能源发电网的小干扰稳定性分析、穿透功率极限计算以及调峰充裕性评估，掌握了近海可再生能源综合发电场与电网之间交互作用的规律。其次，提出了波浪发电系统在不规则波浪下的最优控制策略，有效提高了波浪发电效率；提出了控制器可区分性分析的概念和方法，并将其应用于近海可再生能源综合发电的动态优化控制，既提高了参数优化效率又提高了综合发电系统的动态性能；提出了电网不平衡条件下VSC-HVDC的优化控制策略，实现了多目标的协调控制。然后，提出了近海可再生能源发电的功率平滑控制策略以及含近海可再生能源发电微电网的分散式能量管理策略，提高了系统的稳态运行性能。. 本项目研究成果为近海可再生能源发电的构建、运行和控制提供了理论依据和技术方法，为大规模近海可再生能源的开发利用以及商业化运营提供了有力支撑。