【摘 要】
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波浪能能量密度大、分布广泛,具有良好的开发潜能和广阔应用前景,波浪能可持续开发利用也是我国实现“碳峰值”、“碳中和”目标的助推剂,但复杂多变的海上环境阻碍了波浪发电系统实际应用。本文以直驱式波浪发电系统为研究对象,探究无速度传感器控制技术在波浪发电系统中的应用及功率优化策略。通过分析直驱式波浪系统运动特性,建立水动力-永磁直线发电机数学模型。根据最大功率捕获原理,导出共振条件下系统最优功率捕获条件
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波浪能能量密度大、分布广泛,具有良好的开发潜能和广阔应用前景,波浪能可持续开发利用也是我国实现“碳峰值”、“碳中和”目标的助推剂,但复杂多变的海上环境阻碍了波浪发电系统实际应用。本文以直驱式波浪发电系统为研究对象,探究无速度传感器控制技术在波浪发电系统中的应用及功率优化策略。通过分析直驱式波浪系统运动特性,建立水动力-永磁直线发电机数学模型。根据最大功率捕获原理,导出共振条件下系统最优功率捕获条件。针对波浪发电系统装设环境恶劣,传统机械传感器结构复杂,存在安装维护困难和海水腐蚀等一系列问题,引入扩展卡尔曼滤波（EKF）算法和模型参考自适应（MRAS）控制方案,实现无速度传感器控制。EKF借助泰勒级数展开将非线性系统线性化,基于预测和状态更新两步骤,利用电机信息,估计速度和位置;MRAS基于参考模型和实际模型输出差值调整参数,并从系统稳定角度设计控制律,实现电机速度辨识。仿真结果表明,EKF和MRAS可准确估计速度和位置信息,精度高,估计误差小,且有一定鲁棒性。通过分析系统运动方程,根据最大功率传输原理获得最优电磁力,使用矢量控制获得d、q轴最优参考电流。波浪发电系统是一个复杂非线性系统,波浪运动存在无序性,且速度估计会产生误差,为此,引入滑模控制方案设计控制器,实现d、q轴参考电流快速、准确跟踪,从而实现功率优化。仿真结果表明,滑模控制器可快速准确跟踪参考电流,波能捕获效率高,鲁棒性强,动态性能良好。
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