自1973年第一次石油危机以来,人们对可再生能源的开发和利用愈加重视。而波浪能以其能流密度大,受时间限制相对较小,可以以较小的装置来实现发电和电力供应等优点而受到世界各国学者和研究人员的青睐。本文所研究的振荡浮子式波浪能发电系统采用直驱的永磁直线同步发电机作为能量提取装置,浮子在海浪的作用下作垂荡运动,带动与它相连的发电机发电,经过电力变换装置给负载供电或与电网并联。本文研究的关键技术包括:装置的建模、功率优化获取技术、电力变换技术和网侧变换器的同步技术等。首先,本文基于频域时域相结合的方法,建立振荡浮子式波浪能装置的六阶状态空间模型。频域模型简单,但未考虑非线性因素;时域模型考虑了非线性因素,与实际情况接近,最为合适,但是需要在每个时刻计算浮体湿表面各网格划分的时域格林函数,计算量大,实用性不强。本文将两种方法相结合,将随机波浪看作是一系列周期函数的叠加。先建立频域模型,用WAMIT软件计算频域的格林函数得到水动力学参数的频率响应曲线,采用状态空间模型替代时域方程中的卷积项,状态空间模型的参数由水动力学参数的频率响应曲线拟合估计得到,最终得到装置的六阶状态空间模型。为了提高波浪能发电系统吸收的功率,防止装置因未加控制的自由运动引起事故造成损坏,必须进行功率获取优化技术研究。本文分类讨论了近几十年来波浪能功率获取优化技术的原理、参数选择以及仿真实现方法。并基于前文所得到的振荡浮子式波浪能装置的数学模型,在不同波高和不同周期的规则波浪作用下,仿真得到应用各控制算法装置吸收的平均功率和功率峰-均值比的对比图,分析了造成功率吸收差异的原因。针对现有算法普遍存在的问题,即只关心如何提高装置吸收的平均功率,而忽略了配套发电机等电力变换装置成本太高的问题,本文提出了条件优化平均功率算法,使功率在不超过允许限值条件下,吸收的平均功率达到最大。通过仿真分析发现:大多数情况下,条件优化平均功率算法表现优异,但当随机波的幅值较小时,近似复共轭算法吸收的平均功率相对最大,且瞬时功率值不超过最大限值。为进一步提高吸收的平均功率,在条件优化平均功率算法的基础上进行改进,提出了功率优化选择算法,制定了算法选择流程。该算法可以根据随机不规则波的情况实时计算,在近似复共轭控制、条件优化平均功率算法以及无源阻尼控制算法中作最优选择,进一步优化装置吸收的平均功率。本文采用永磁直线同步发电机直接推力控制和网侧变换器直接功率控制相结合的策略实现电力变换,进行滞环调节,实现快速性和鲁棒性并举。永磁直线同步发电机直接推力控制系统,除了完成AC/DC变换外,还能够使发电机的电磁推力紧紧跟随功率获取优化技术方法计算出的给定电磁推力变化,尽可能优化获取的波浪能。发电机的速度与浮子的速度相同,推力给定由功率获取优化技术决定,磁链给定由isd=0控制方式得到。本文中逆变环节选择并网,根据与传统开关表不同的电压矢量空间划分方法,提出了两种新型开关表,用于逆变器的直接功率控制系统中,经仿真和实验验证正确有效,能够加快响应速度,提高系统的动稳态性能。并网功率变换器对电压扰动非常敏感,为了保证在不平衡和畸变电网电压条件下,功率变换器可靠工作,继续实现功率调节,必须使功率变换器与电网同步,即通过同步控制技术尽可能降低非理想情况下的电网电压干扰,确保可靠并网。针对现有锁相环普遍存在低次谐波情况下锁相困难的问题,本文在双二阶广义积分器锁相环基础上提出了由基波、5次、7次和11次谐波四个双二阶广义积分器模块构成的多二阶广义积分器锁相环。该算法引入锁频环实现频率自适应,引入谐波解耦网络实现基波、5次、7次和11次谐波的解耦,将提取到的基波正序分量相位锁定,作为同步信号。仿真和实验结果都表明,该算法在各种故障电网电压情况下都能够快速正确锁相,尤其在含有大量低次谐波情况下表现优异。