浮子式永磁同步波浪发电系统分析与控制

全球性的能源危机促使世界各国都在研究新能源对策和国家可持续能源发展战略。海洋能是一种重要的可再生能源，据估计，海洋能源约占世界能源总量的70%以上，已成为各国重点争夺的资源。 我国是海洋大国，可以利用的波浪能极为丰富，本课题为国家自然科学基金资助项目，论文在分析国内外波浪发电技术的研究现状基础上，研究了一种新型的浮子式波浪发电系统，可为海上航标照明、海岛居民和海岛军事防备等提供电力。技术成熟后，还可以实现大规模并网发电，具有重要的理论和实际意义。 所提出的浮子式波浪能发电装置通过浮子采集波能，再应用机械装置传递能量，最终通过永磁同步电机及其控制系统使波浪能转化为电能。本文针对浮子式波浪能发电系统进行研究，并从以下几方面展开工作： （1）介绍了各类波浪发电系统的原理特点、锚泊方式、控制策略，以及国内外波浪发电技术的发展情况。 （2）提出了一种新型的浮子式波浪发电系统，并对其浮子式波能转换装置进行研究。基于弗汝德—克雷洛夫理论对浮子进行解析法的受力分析计算，应用MATLAB软件对浮子的受力进行仿真验证。 （3）设计了浮子式波浪发电系统中的低速永磁同步发电机，给出了电磁设计的流程，并用ANSOFT软件对电机电磁场进行了有限元数值计算和仿真验证。仿真结果表明，其参数特性均与设计要求相符。 （4）构建了浮子式波浪发电系统的独立运行和并网的仿真模型，并设计了相应的电压频率控制策略和基于比例谐振（Proportional resonance，PR）控制的低电压穿越控制方法。根据天津沿海地区的海浪特征，对系统在两种不同情况下的输出性能进行了仿真，仿真结果验证了控制方法的准确性。