[发明专利]一种直驱式波浪发电系统最优功率控制方法

说明书

本发涉及一种直驱式波浪发电系统最优功率控制方法，包括：根据直驱式波浪发电系统的发电原理，通过受力分析和幅频特性曲线分析从波浪能获取最大功率的控制特性，利用电压前馈补偿方法解耦电压电流，降低系统阶数，得到PMSLM的d‑q轴数学模型；再利用反步法完成整个系统控制率设计和Lyapunov函数稳定性分析，证明实现最优功率跟踪的可行性；同时为解决变速系统常规控制方法中存在的控制精度不高、高频纹波含量大的问题。仿真结果表明，基于卡尔曼滤波的波浪发电系统反步法能实现最优功率控制策略，不仅具有较高的控制精度，还能有效滤除高频波纹和噪声；响应速度快、抗干扰能力强、鲁棒性强。

技术领域

本发明涉及波浪发电领域，更具体地，涉及一种直驱式波浪发电系统最优功 率控制方法。

背景技术

海洋波浪能是一种存储量丰富的可再生清洁新能源，不同结构的波浪发电系 统适用于不同海况，波浪发电机有旋转式电机和直线式电机两种形式，直线发电 机利用波浪上下运动带动动子的运动，进而使变化的磁场在定子绕组产生电能； 波浪浮子和电机动子可视为一体，只需一级能量转换，体积小，效率高，实用性 强。与风能发电一样，波浪能也存在最大功率捕获点问题，理论上，当波浪能量 转换装置固有质量频率与波浪频率发生共振时，发电机可从波浪中捕获到最大功 率。

直驱式波浪发电系统是一个强耦合复杂非线性、以永磁同步直线电机 PMSLM为载体的系统。实际海洋中的波浪频率及幅值不断变化，常规PID控制 难以精确跟随。常规控制方法及其存在的主要问题如下：1.采用自适应遗传算法 优化PID参数，快速跟踪设定值并准确调整双轴间同步误差，动态性能好，鲁棒 性高。但由于波浪发电系统的时变性，每个采样点都需重新进行遗传算法迭代计 算，存储量大，控制速度慢，适用性不高。2.结合复合前馈PID控制的小波神经 网络方案，通过小波神经网络在线估计补偿系统干扰和模型不确定性，控制精度 较高，并能有效消除外界带来的不确定干扰。但小波函数的选择目前没有公认理 论，选择不合适，效果差别较大。3.滑模变结构及相应改进方法，抗干扰能力强 并能考虑非线性控制问题，可实现渐进稳定，在电机控制中应用广泛，但滑模控 制存在不可避免的抖振现象，并在背靠背波浪发电系统中表现更为明显。4.自适 应滤波反步法跟踪控制信号，补偿干扰。缺点是单纯的反步法难以保证稳定性。

为弥补现有的波浪发电系统控制方法存在的较大速度误差和时间延迟、高频 抖振的主要问题。寻求一种减小单纯反步法导数项及变换器中晶闸管快速通断动 作产生的高频纹波，减小噪声干扰和系统误差，确保信号跟随准确性，实现直驱 式波浪发电系统最大功率捕获控制的控制方法已经成为波浪发电领域亟需解决 的问题。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的直驱式波浪发电系统控制方法存在的较 大速度误差和时间延迟、高频抖振的缺陷，提供一种直驱式波浪发电系统最优功 率控制方法。

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(Permanent magnet synchronous linear motor，PMSLM)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。