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波浪发电系统波高预报与能量转换控制策略研究

摘要

合理开发并高效利用波浪能发电，可以缓解海洋装备能源短缺的问题。波浪能发电

系统面临着诸多的挑战，如能量捕获效率低、海浪环境信息预测不准确等，为此本文以

直驱式波浪发电系统作为研究对象，开展了直驱式波浪能发电系统的最大功率点跟踪控

制的研究并实现了波浪高度预报，并将预报信息用于波浪能发电控制系统。

首先，开展了波浪能发电系统运动学以及波能捕获系统的理论研究。分析了直驱式

波浪发电系统的运动特性，分析浮子在海洋中所受的波浪激励力，并推导出了浮子动力

模型；为了实现对直驱式波浪发电系统中能量转换装置永磁同步直线电机的分析与控制，

建立了其在dq参考坐标系下的数学模型，并对发电机的输出特性进行分析建模，为波

浪能发电系统的设计及控制策略设计奠定理论基础。

其次，研究了波浪预测问题，实现了波浪的短期波高预报。为解决波浪非平稳性对

预测结果造成的影响，提出一种基于变分模态分解技术结合麻雀有哪些信誉好的足球投注网站算法优化深度极限

学习机的混合深度学习模型。利用变分模态分解技术将原始波高数据由高频到低频分解

为多个子序列，并采用麻雀有哪些信誉好的足球投注网站算法优化深度极限学习机参数，提高了预测精度。通过

对比几种深度学习预测模型在不同数据集上的表现证明了所提出模型在短期波高预报

中的优越性，可将预测信息用于非规则波浪条件下的控制系统设计。

最后，对直驱式波浪发电系统机侧整流器的控制策略并开展了仿真研究。研究了机

侧整流器的能量跟踪控制策略，在旋转坐标系下对d轴电流与q轴电流分别进行控制，

其中d轴给定为零，q轴电流给定为系统在最大功率点处的电流值，采用PI控制器与解

耦控制相结合以及空间矢量脉宽调制技术实现了波浪能的最大能量捕获。在

MATLAB/Simulink环境中整合浮子动力学模块，永磁同步直线电机模块和最大能量捕

获控制策略模块搭建了直驱式波浪能发电系统的仿真模型，分别开展了不可控整流条件

下的波能发电实验、规则波作用下的最大能量捕获控制实验以及基于波高预测的非规则

波浪条件下的最大能量捕获控制实验等，验证了波浪能最大能量捕获的快速性和准确性。

关键词：波能发电；永磁同步直线发电机；波浪预测；最大能量捕获；电流控制

波浪发电系统波高预报与能量转换控制策略研究

Abstract

Reasonabledevelopmentandefficientuseofwavepowergenerationcanalleviatethe

problemofenergyshortageinMarineequipment.Waveenergypowergenerationsystemis

facedwithmanychallenges,suchaslowenergycaptureefficiencyandinaccuratepredictionof

waveenvironmentinformation.Therefore,thispapertakesdirectdrivewavepowergeneration

systemastheresearchobject,carriesoutresearchonmaximumpowerpointtrackingcontrol

ofdirectdrivewavepowergenerationsystem,realizeswaveheightprediction,andappliesthe

predictioninformationtowavepowergenerationcontrolsystem.

Firstly,thekinematicsofwaveenergygenerationsystemandthetheoryofwaveenergy

capturesystemarestudied.Themotioncharacteristicsofthedirectdrivewavepower

generationsystemareana