Control of Wave Energy Converters in arrays

• One way to lower the levelized cost of energy for wave power plants and paving so the way for commercial success, is to increase the power absorption by use of advanced control algorithms. This thesis investigates the influence of the generator inertia, the generator damping and the layout on power absorption and presents a new model free strategy of controlling wave energy converters.The evaluation of all control strategies was done in a numerical simulation and in experimental 1:10 model scale wave tank tests conducted in the COAST laboratory at the University of Plymouth. The WECs used are inspired by the wave energy concept developed at Uppsala University.The influence of the generator inertia on the power absorption was tested with an uncontrolled WEC. Compared to a conventional WEC the power output could be significantly increased for small waves and high wave periods.   As a simple and easy to implement control strategy, a WEC with sea state optimized generator damping was used to create a power matrix. The optimal damping factor depends on both, wave period and wave height. The power absorption increases with the wave height and when the wave period converges towards the oscillation period of the WEC.A genetic algorithm was used to obtain the optimized layouts for wave energy farms, which suggest that the converter should be placed in rows parallel to the wave front, and the position in the array has nearly no influence on the optimal control parameter.Then a collaborative learning approach using machine learning is presented, with several identical wave energy converters in a row to parallelise the search of the optimal control parameter. It was implemented to control the generator damping factor and the latching time. With the latter the power could be increased significantly.

• Vågkraft kan bli en viktig del från framtidens elektriska energikälla. Men därför kostnaden per producerat energienheten måste minskas. En väg att minska kostnaden är att förbättra effektiviteten med ett avancerat styrsystem. Den här avhandlingen tester olika kontrollstrategier för att hitta en bra strategi för vågkraftverk i parker. Alla strategier testas med an numerisk simulering och ett fysiskt test med en 1:10 skalad modell i en våg bassäng.Först är en elektrisk vågkraft konverter (WEC) med optimerad naturlig frekvens men utan styrsystem är testad. WECen absorberar hög effekt i ett litet område med de vanligaste vågklimatet. Storlek på området kan varieras med generatorns dämpning och bästa vågperiod kan ändras med WECens tröghet.En generator med optimal dämpningsfaktor testas, för att en justerbar generator dämpning är relativt lätt att implementerar. Numerisk simulering visade att optimal dämpningsfaktor beror på vågperiod och minskar när våghöjden ökar. Beroende av effekten från våghöjd kan ses i numerisk simulation och fysiksals test, men beroende av effekten från vågperiod kan ses bara i numerisk simulation.Därefter, en modell oberoende strategi (som kallas CL) för vågkraftkonverter i arrayer är presenterat och testad för att styra (1) generator dämpningsfaktor och (2) latching tid. Resultat är att den CL kontrollerade generatorn dämpning endast visar små fördelar med absorberat energi. Men med en CL optimerat latching tid, absorberat effekten ökas mer som 100\% i vissa vågklimat.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Elektroteknik och elektronik -- Annan elektroteknik och elektronik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering -- Other Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering (hsv//eng)

Nyckelord

Teknisk fysik med inriktning mot elektronik

Engineering Science with specialization in Electronics

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

lic (ämneskategori)