為研究波浪發(fā)電系統(tǒng)最大波浪能捕獲問題,根據(jù)浮子的水動力方程和永磁同步直線電機的狀態(tài)方程,建立了振蕩浮子直驅式波浪發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學模型。提出等效電路圖法模擬浮子的水動力模型。針對隨機海浪波,采用傅里葉分析法將波浪發(fā)電系統(tǒng)分解為多個頻率的正弦子系統(tǒng),分別構造最大功率傳輸條件實現(xiàn)最大波浪能捕獲,優(yōu)化了傳統(tǒng)的控制方法。采用反步法設計控制律,構造Lyapunov函數(shù)跟蹤發(fā)電機狀態(tài)。仿真結果表明,采用反步法可實現(xiàn)發(fā)電機狀態(tài)的緊密跟蹤。在隨機波的條件下,所提傅氏分析法對傳統(tǒng)算法的優(yōu)化效果明顯,提高了波能轉換效率,結合反步法控制發(fā)電機可實現(xiàn)最大波浪能捕獲,具有一定的實用性。 

【文章來源】：電測與儀表. 2018,55(18)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

波浪發(fā)電振蕩浮子裝置Fig．1Oscillatingbuoydeviceinwavegeneratingsystems

馕?喔穌?易酉低常?直鴯乖熳鈑毆β蝕?涮?件，結果疊加后，計算出反電磁力Fg及電機q軸電流的參考值，運用反步法進行電機狀態(tài)跟蹤控制，從而實現(xiàn)最大波浪能捕獲。1直驅式波浪發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學模型1．1波浪發(fā)電系統(tǒng)在多種波浪發(fā)電技術方案中，振蕩浮子式直驅波浪發(fā)電系統(tǒng)較為典型，通過纜線將模型中的發(fā)電系統(tǒng)連接于海床，浮子塊漂浮于海面上，如圖1示。浮子塊隨波振蕩，通過傳動機構，驅動永磁同步直線發(fā)電機做往復直線運動發(fā)電，經(jīng)整流和升壓斬波，通過逆變調(diào)整后饋入電網(wǎng)［13］，如圖2示。圖1波浪發(fā)電振蕩浮子裝置Fig．1Oscillatingbuoydeviceinwavegeneratingsystems圖2波浪發(fā)電系統(tǒng)模型Fig．2Modelofwavegeneratingsystems1．2振蕩浮子水動力模型針對單一垂直自由度運動的直驅型波浪發(fā)電系統(tǒng)，據(jù)牛頓第二定律，浮子塊的運動方程為:M¨x=Fh+Fg－G(1)式中M為動子和浮子等運動部件的總質(zhì)量;x為動子位置;Fh表示由海水壓強作用在浮子垂直方向上的分力;Fg為電磁力;G為運動部件總重力。當浮子運動及海浪幅值較小時，F(xiàn)h可表示如下:Fh=Fk+Fr+Fhs(2)式中Fhs為靜浮力;Fr為輻射力;Fk表示波浪輸入作用在浮子上的力。針對規(guī)則的海浪波，輻射力Fr表示如下［14］:Fr=－A¨x－B?x(3)式中B為輻射力產(chǎn)生的阻尼系數(shù);A為附加質(zhì)量，即浮子起伏運動而激勵的水的質(zhì)量。取適當?shù)幕鶞�，使x表示浮子下沉的深度，有［14］:Fhs=－ρgSx=－Kx(4)式中S為浮子的水線面;g為重力加速度;ρ為水的密度。將式(2)～

增益為k1=k2=10。圖4反步法的電機狀態(tài)跟蹤效果Fig．4Effectofmachinestatetrackingbyback-steppingmethod圖5正弦海浪波下采用Fourier分析法的系統(tǒng)狀態(tài)Fig．5SystemstatebyFourieranalysismethodundersineseawave圖4說明，反步法可使波浪發(fā)電系統(tǒng)的狀態(tài)很好地跟蹤給定值。由圖5～圖6知，在嚴格正弦海浪波下，F(xiàn)ourier分析的優(yōu)化效果并不明顯:動子速度與海浪波保持同相，且平均功率無差別，均為12．1kW。由圖7和圖9可看出，當海浪輸入為非正弦波時，未采用Fourier分析法的模型中，海浪波Fk與動子速度v間存在一定的相位差。加入Fourier分析法優(yōu)化后，從峰值及過零點的時間點上看，穩(wěn)態(tài)下動子速度與海浪輸入的各次諧波均完全同相，波形相似。采用等效電路圖法，由圖8可知當海浪波形較接近正弦波時，無Fourier分析的平均功率約為13．7kW，有Fourier分析時為14．1kW。而據(jù)圖10知，當波形畸變較大時，無Fourier分析的平均功率約為15．2kW，有Fourier分圖6正弦海浪波下不同控制方式的平均輸出功率Fig．6Averagepowerofdifferentcontrolalgorithmunderstrictsineseawave圖7一類隨機海浪下采用Fourier分析的系統(tǒng)狀態(tài)Fig．7SystemstateofFourieranalysismethodunderonekindofrandomseawave析時為16．1kW。由此可見，當海浪輸入波為非正弦波浪的情況下，采用Fourier分析法效果顯著，且海浪輸入的諧波畸變率越大，F(xiàn)ourier分析法的優(yōu)勢越明顯。圖8一類隨機波下不同控制方式的平均功率Fig．8Averagepowerofdifferentcontrolalgorithmunderonekindofrandomwave—16—第55卷第18期?

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3313769