[發明專利]一種互感耦合直線開關磁阻波浪發電機的調諧控制算法

有效

• 申請號: 201110302991.5
• 申請日: 2011-10-09
• 公開（公告）號: CN102355188A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 杜錦華;梁得亮
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02P9/04
• 分類號: H02P9/04;H02P9/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

技術領域

本發明屬于振蕩浮子式波浪發電機控制領域的調諧控制算法，具體涉及一種互感耦合式的直線開關磁阻波浪發電機的最佳波能吸收控制。

背景技術

海洋蘊藏了豐富的綠色能量等待人們的開發和利用，而其中波浪能作為品位最高、最易于直接利用的能源，成為全世界被研究得最為廣泛的海洋能源之一。現有商業用波浪能轉換裝置都采用旋轉發電機，配合升速環節來進行波浪能-電能的轉換，而近年來，克服傳統裝置中間環節能量損耗問題應運而生的直驅型波浪能轉換裝置成為波能研究領域的熱點，相關控制策略的研究也相應大量涌現。

專利號為“CN101106316A”的專利公開了“用于海浪發電的直線發電機”，而專利號為“CN1603610A”的專利公開了“基于永磁振子的波浪發電裝置”，兩個專利都涉及了永磁類直線電機，雖然其功率密度較高，卻因為永磁體易受海水腐蝕和成本昂貴的性能，阻礙其在商業領域的大規模推行。專利號“CN101355284B”的專利公開了“一種波浪直驅動式直線磁阻發電系統”，是本發明的研究基礎。

實際海洋中的波浪頻率具有廣泛的頻譜分布，而振蕩浮子式直驅波浪發電裝置由于外形尺寸有限，相對于海洋波浪廣泛的頻譜分布而言，其固有頻率范圍有限，使波能轉換裝置常工作于非諧振點而無法達到最大波能吸收的效果，因此發電機控制策略的研究對提高波浪能-電能的轉換率有著重要的作用。

發明內容

為了克服振蕩浮子式波能轉換裝置諧振頻率范圍有限的不足，避免永磁類直線發電機成本高性能不穩定的問題，同時提高波能發電裝置的轉換率，本發明提供了一種互感耦合直線開關磁阻發電機的調諧控制算法，通過控制勵磁電流控制互感耦合直線開關磁阻發電機的反向電磁力使得波能轉換裝置的固有頻率接近或等于波浪激勵力的頻率，具有波浪-電能轉換效率高，可靠性好及實施便捷的優點，具有較好的工業化前景。

為達到以上目的，本發明是采用如下技術方案予以實施的：

控制捕獲頻率范圍較窄的波浪能發電裝置盡可能跟蹤波浪頻率的變化，最大限度的提高波浪能-電能的轉換效率，包括幅值控制和相位控制，幅值控制為控制發電機動子的運動產生的波浪能幅值等于發電機從海洋中吸收的波浪能幅值，而相位控制為控制發電機動子的運動速度和波浪激勵力同相位，實現幅值和相位控制的主要步驟如下：

第一步：將機械浮子隨波浪運動帶動發電機動子上下運動的簡單機械諧振系統等效類比為一個串聯諧振電路，在串聯諧振電路中，波浪激勵力等效為驅動電壓源，動子速度等效為電流，發電機的反向電磁力等效為負載的端電壓，分解為阻性負載端電壓和感性負載端電壓；

第二步：對于近岸平底均勻水深域，根據勢流理論，波浪力呈正弦周期分布，若假設動子位移也呈正弦周期分布，根據機械運動方程可知，發電機的反向電磁力也呈正弦周期分布，而被負載電阻消耗的功率也就代表了由發電機發出的有用功率；

第三步：根據互感耦合式的直線開關磁阻發電機的工作原理可知，改變激勵電流的大小，使發電機的反向電磁力隨著波浪起伏的速度和位置而發生變化，保證串聯諧振電路中系統固有阻抗和負載阻抗成共軛關系，此時達到等效電路達到諧振點，負載吸收功率最大，波能轉換裝置吸收波能最大。

通過控制互感耦合式開關磁阻發電機的勵磁電流來控制互感耦合式直線開關磁阻發電機的反向電磁力，動子運動跟隨波浪發電系統的功率諧振點，波能捕獲能力最大。

與現有技術相比，本發明互感耦合直線開關磁阻發電機的調諧控制策略應用于低速、大推力的直驅式振動浮子波能轉換裝置，考慮了每個周期互感耦合直線開關磁阻發電機的雙相勵磁和雙相發電階段輪流出現以及動子連續的往復運動。以串聯諧振電路最大功率傳輸的電路原理為契機，通過跟蹤系統諧振點，實現了最大限度的波能吸收。結合互感耦合開關磁阻電機的優化設計，有利于提高近海岸波浪能發電裝置的波浪能-電能轉換效率，有著很好的工業化應用前景。

附圖說明

圖1為互感耦合直線開關磁阻波浪發電系統的結構圖。

圖中：1-振蕩浮子，2-次級鐵芯，3-初級鐵芯，4-初級繞組，5-磁力線示意走向，6-近海河床，7-彈簧裝置，8-不對稱半橋拓撲功率變換器，9-逆變器，10-電網或用戶負載，11-波浪能轉換本體部分，12-調諧控制器。

圖2為等效的串聯諧振電路圖；