21世纪以来,世界能源危机以及由此引发的环境危机有愈演愈烈之势。为开发清洁可再生能源,保护地球环境,我国在太阳能与风能发电方面都取得了长足的进步,但是在海洋能特别是波浪能利用方面,与世界仍有较大差距。我国是波浪能相对丰富的国家,为充分利用海洋中丰富的、永不枯竭的绿色能源,研究波浪能发电系统具有重要的现实意义与战略意义。摆式波浪发电装置是较优秀的波浪发电解决方案之一,但国内对摆式波浪发电系统的研究较少,特别是在波浪能发电系统性能优化方面。本论文研究提出,开展以摆式波浪能吸收装置为载体的高效率、高可靠性、低工程复杂度、易维护的波浪能发电系统设计,研究波浪高度、波浪周期、海水深度、摆板宽度、排水量、重心高度、负载大小等环境参数与机械参数对系统性能的影响,利用流体力学、波浪力学、电力电子学、电机学、现代控制理论等方面的知识和方法,建立合理的波浪发电系统综合分析模型,确立正确的波浪发电系统仿真实验与物理模型实验分析方法,特别是采用优秀的功率控制算法,提升系统性能,降低单位电力成本,寻求实用的波浪发电解决方案是很有必要的,也是很有意义的。其中,为优化波浪发电系统性能,重点对以下问题进行了研究。1、建立了规则波作用下,忽略非线性因素影响,基于MATLAB/SIMULINK平台的摆式波浪发电系统的优化数学分析模型。这个模型的建立,使得今后在分析摆式波浪发电系统时,可以以数学运算,即以求解二阶变系数微分方程的形式,预估整个系统的工作状态,减少了对系统评估的工作量,为系统分析提供了数学依据。系统模型可以方便地修改负载参数,修改控制算法,还能实现对SVPWM电压逆变上网运行状态仿真。系统分别研究了基于永磁同步发电机与开关磁阻发电机的解决方案,二者都是目前风电与波浪发电领域的发展主流方向。文中对两种电机的数学建模都进行了分析,特别是开关磁阻发电机的数学分析模型,它具有高度非线性,精确建模是分析SRG的关键。作者在这方面进行了深入研究,首先采用BP神经网络算法建模,比较了各种迭代运算方法的建模效果,从中找出了最优的迭代方案。另外,进而使用综合改进粒子群算法融合BP神经网络算法,进一步优化了开关磁阻发电机的非线性参数辨识效果。2、为优化系统性能,设计了系统功率控制算法。本文提出自适应模糊PID爬山算法,这种算法将模糊控制、PID算法、爬山算法三种简单实用、运算量小的算法结合起来,可以在降低硬件要求的情况下,实现对波浪发电最大功率的跟踪控制,最大化波浪发电的输出功率,提高效率;以上控制策略得到了系统仿真模型与实验模型的验证。功率控制的算法硬件电路实现采用BOOST升压电路,设计了通过调节PWM信号占空比来控制负载强度的方案并取得成功。3、依据弗洛得相似性原理,设计建立了一套摆式波浪发电系统模型试验环境与方案,为波浪发电工程试验进一步提供了可靠的实验数据依据。试验装置可以全方位试验不同波高、波周期、水深、摆板排水量、以及不同初稳性高下的响应状态。利用工控机及高速数据采集卡实时采集摆角、摆动速度、输出扭矩以及吸收的机械功率和输出电功率等数据。通过在华南理工大学波浪水池进行的模型实验,验证了最大功率控制算法的有效性。4、为进一步提升波浪发电系统能量输出性能,利用自然海况下海浪高度的混沌特性,采用相空间重构与混沌神经网络相结合的方法,预测波浪发电系统工作时的波浪高度,为系统控制提供了一个相对可靠的控制提前角。将预测波高应用于波高发电系统控制,可以减少爬山法搜索时间,提高了系统效率,适应复杂多变的真实海况。