Modelling and Control of Wave-to-Wire Model of Point Absorber Wave Energy Converters (WECs)
Master thesis
View/ Open
Date
2019Metadata
Show full item recordCollections
- Institutt for elkraftteknikk [2500]
Abstract
Bølger har et stort potensial, da rundt 10% av verdens strømforbruk kan leveres frabølgeenergi. Dette gir en unik mulighet til å bringe mer fornybar energi inn i verdenved bruken av bølgeenergiomformere (WEC). WEC-er sin evne til å stå alene på stederder det ikke er noe nett, gir også WEC-er en spesiell betydning.
Denne masteroppgaven presenterer modellering og kontroll av en bølge-til-kabel (wave-to-wire-modell) av punktabsorbator WEC-er. Punktabsorbatoren (PA3) som brukes erfra Cruz-Atcheson Consulting Engineers-modell, utviklet i EU-prosjektet IMAGINE oginspirert av CETO3 WEC. WEC-en er koblet til en roterende permanentmagnet synkrongenerator(PMSG) direkte gjennom en resirkulerende kuleskrue. PMSG-en er koblet til enDC-kobling gjennom en omformer. To typer kontrollstrategier, henholdsvis passiv lastingog optimal kontroll (passive loading og optimum control), blir brukt for pa maksimereeffekten utvunnet fra innkommende uregelmessig bølge. Masteroppgaven er begrenset tilen innkommende uregelmessig bølge av Bretschneider-spektrum med en betydelig høydepå 3,25m og en topperiode på 12 sekunder. Begrensningene på effekt, sluttgrenser ogmaksimal effekt som PMSG-en kan generere, 296,20 kW, er tatt hensyn til.
Passive loading og optimum control påføres med og uten begrensning av mekanisk inngangseffekttil PMSG-en ved 250 kW. Den høyeste maksimale gjennomsnittlige effektenpå 35,82 kW genereres ved ubegrenset optimal kontroll med et forhold mellom toppog gjennomsnittlig på 8,64. Den maksimale gjennomsnittsverdien er 3,5%, 4% og 1,5%høyere enn den maksimale gjennomsnittlige effekten som er oppnådd ved henholdsvisubegrenset passive loading, begrenset passive loading og begrenset optimum control.Forskjellen er senket på grunn av grensen for maksimal effekt generert av PMSG-en.Da PA3 har to frihetsgrader, er den maksimale genererte kraften høyere enn PMSG-en sinbegrensende effektverdi. Waves have a huge potential where around 10% of the world’s electricity demand can besupplied from wave energy. This provides a unique opportunity to bring more renewableenergy into the world by deploying wave energy converters (WECs). The ability of WECsto stand alone in places where there is no grid also offers WECs special importance.
This master thesis presents the modelling and control of wave-to-wire model of point absorberwave energy converters (WECs). The point absorber (PA3) used is adopted fromthe Cruz-Atcheson Consulting Engineers model developed within the EU project IMAGINEand inspired by the CETO3 WEC. The WEC is connected to a rotating permanentmagnet synchronous generator (PMSG) directly through a recirculating ball screw. ThePMSG is connected to a dc-link through a converter. Two types of control strategies areapplied to maximize the power extracted from the incoming irregular wave. These arepassive loading and optimum control. The study is limited to an incoming irregular waveof Bretschneider spectrum with a significant height of 3.25m and a peak period of 12seconds. The constraints on power, end limits and the maximum power that the PMSGcan generate, 296.20 kW, are taken into account.
Passive loading and optimum control are applied with and without of capping of mechanicalinput power to the PMSG at 250 kW. The highest maximum average power of35.82 kW is generated by uncapped optimum control with a ratio of peak to average electricalpower, 8.64. The maximum average value is 3.5%, 4% and 1.5% higher than themaximum average power obtained in uncapped passive loading, capped passive loadingand capped optimum control respectively. The difference is lowered due to the limit ofmaximum power generated by PMSG. The PA3 has two degrees of freedom and thereforea power higher than the capping value is generated. The delay of the actuator alsoinfluences the power generated by the WEC.