[发明专利]一种直驱式波浪发电系统最优功率控制方法

权利要求书

1.一种直驱式波浪发电系统最优功率控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：根据直驱式波浪发电系统发电原理，获取最大功率控制特性；

S2，利用电压前馈补偿方法对电机状态方程进行解耦，得到永磁同步直线电机的d-q轴数学模型；

S3：用反步法通过选择合适控制率，以实现最大波浪功率跟踪控制，并论证其可行性；

S4：提出卡尔曼滤波方案，对常规反步法进行优化改进，设计基于卡尔曼滤波的反步控制方法，搭建最优功率跟踪控制振荡浮子式波浪发电系统，实现直驱式波浪发电系统的最优功率控制。

2.根据权利要求1所述的直驱式波浪发电系统最优功率控制方法，其特征在于，S1包括以下步骤：

S1.1：分析波浪能量转换装置受力情况，得出转换装置的水动力方程，即PMSLM的机械运动方程：

S1.2：将波浪能量转换装置进行模型等效，列出等效模型方程并变换成幅值与相角形式：

S1.3：分析得出能量转换效率最大化的条件，并给出功率计算表达式，实现最大功率捕获。

3.根据权利要求2所述的直驱式波浪发电系统最优功率控制方法，其特征在于，PMSLM的机械运动方程为：

式中，m为运动部件质量和辐射力产生的附加质量之和，K_n为流体动力阻尼系数，F_e为永磁同步直线电机的电磁力，K是装置弹簧常数，x为浮子运动位移，F_d为浮体受到的波浪激励力。

4.根据权利要求3所述的直驱式波浪发电系统最优功率控制方法，其特征在于，S1.2具体为：

将直线电机电磁力用F_e＝R_gdx/dt代替，将波浪激励力近似为正弦波形；

波浪能量转换装置等效为线性弹簧、质量块和线性阻尼器的组合，则其运动方程为：

式中，R_g为电机产生有功功率的阻尼系数；F₀为波浪激励力幅值；ω为波浪激励力角速度；

求解该二阶方程并经变换得：

式中：A_st＝F₀/K，A₀为位移的运动幅值；

由此可见，电机动子以正弦形式移动，与波浪激励力同频率并有一个相位差可得运动位移x无量纲的幅频特性曲线，即幅值比A₀/A_st、相位差及频率比ω/ω₀分别和阻尼比ξ之间的关系曲线图。

5.根据权利要求4所述的直驱式波浪发电系统最优功率控制方法，其特征在于，S1.3具体为：

当浮子运动频率与波浪捕获装置固有频率相同且相位滞后于波浪激励力90°时，两者发生机械共振，此时能量转换效率最大；

发电机瞬时功率为：

P＝u_ai_a+u_bi_b+u_ci_c

式中，u_a、u_b、u_c；i_a、i_b、i_c分别对应电机a、b、c三相输出电压和电流；

共振时，A₀/A_st＝1/(2ξ)＝mω/(R_g+K_n)，K＝mω²，忽略永磁同步直线电机损耗，发电机输出有功功率为：

当A₀＝mωA_st/(2K_n)，即R_g＝K_n，K＝mω²时，P有最大值；通过调节弹簧常数K，使波浪装换装置始终处于不同波浪周期工况下的共振状态，实现最大波浪功率捕获。