【摘 要】
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波浪能由于其能流密度高以及全球储量丰富,具有广阔的应用前景。经过一个世纪的发展,通过不同波浪能转换装置实现对波浪能的利用已经得到实现,但仍然存在很多问题需要优化解决。本文结合不同波浪发电技术的优缺点,对一种新型全封闭直驱式波浪发电系统进行研究。该系统采用永磁直线同步发电机作为直接动力输出装置,浮子在海浪的作用下做垂荡运动,从而直线发电机的动子与定子之间产生的相对运动产生电能。本文研究的关键技术包括
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波浪能由于其能流密度高以及全球储量丰富,具有广阔的应用前景。经过一个世纪的发展,通过不同波浪能转换装置实现对波浪能的利用已经得到实现,但仍然存在很多问题需要优化解决。本文结合不同波浪发电技术的优缺点,对一种新型全封闭直驱式波浪发电系统进行研究。该系统采用永磁直线同步发电机作为直接动力输出装置,浮子在海浪的作用下做垂荡运动,从而直线发电机的动子与定子之间产生的相对运动产生电能。本文研究的关键技术包括:装置建模和仿真、控制器设计以及新型功率捕获优化方法等。具体内容如下:1、基于频域时域相结合的方法,利用流体动力学分析和仿真软件ANSYS AQWA计算动力学模型中水动力学参数的频率响应。通过考虑不同波浪频率下的水动力学参数变化,确定全封闭直驱式波浪发电装置的数学模型。同时引入JONSWAP波浪频谱以及Longuet-Higgins波浪模型对不规则波浪进行数值模拟,完善波浪发电系统的仿真平台。2、为保证系统在波浪变化过程中快速实现期望平衡状态跟踪,采用哈密顿框架对系统模型进行重构。根据重构的端口受控耗散哈密顿模型的结构特点,通过修改互联矩阵和注入阻尼的方法设计无源性控制器,改善系统跟踪期望平衡状态过程中的动态性能和稳态性能。3、考虑到直驱式波浪发电系统中直线发电机在空载状态的速度比发电状态时的速度高的特点,提出一种新型功率捕获优化方法,即状态切换控制方法。通过控制直线发电机在空载状态和发电状态之间切换,最终实现波浪捕获功率的进一步提高。4、对本文提出的无源性控制器和状态切换控制方法在基于MATLAB/Simulink的波浪发电系统仿真平台中进行验证。针对无源性控制器,对控制器的参数进行讨论以寻求适用于装置的最佳参数。针对状态切换控制方法,与其他功率捕获优化方法进行对比,以验证其性能和前景。
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