浮子式波浪發(fā)電系統的模型預測控制.pdf

1、波浪能可以利用波能轉換裝置(Wave Energy Converter，WEC)將其轉換成可利用的電能。為了有效、充分的利用波浪能，就必須采取有效的控制策略來提高波能轉換器的轉換效率，實現最大波能捕獲。由于波浪的隨機性和系統模型的非線性等原因，使傳統的控制方法在波浪發(fā)電系統控制當中有很大的局限性。鑒于此種情況，本文在控制方法中進行了創(chuàng)新與改進，提出了將智能控制方法中的模型預測控制方法(Model Predictive Control，M

2、PC)應用到浮子式波浪發(fā)電系統當中，并且針對現有的文獻中僅僅對浮子運動部分來分析，獲得最大波能捕獲的局限性，文中將浮子位置、浮子速度和電機電流共同作為預測控制的狀態(tài)變量。由于模型預測控制方法具有對模型精度要求不高，包含對外部輸入的預測，并且能夠將系統的限制條件考慮進去等優(yōu)點，使其在波浪發(fā)電系統中具有很大的優(yōu)勢，因此模型預測控制方法的研究在波浪發(fā)電系統中具有廣闊的前景和重要的現實意義。
　　本文針對點吸式波浪發(fā)電系統的模型預測控制方

3、法進行了深入研究，主要從以下幾方面展開工作:
　　(1)分析了波浪發(fā)電技術的研究現狀和研究成果，總結了浮子式波浪發(fā)電系統在整個海洋波浪能源利用領域中的優(yōu)勢和研究意義，分析了現有典型波能發(fā)電裝置各自的優(yōu)缺點以及工作原理，并對浮子式波浪發(fā)電系統的控制策略進行了系統的研究和詳細的總結。
　　(2)研究浮子式波浪發(fā)電系統的工作運行狀態(tài)，以及其中每個部分的具體運動情況，對浮子式波浪發(fā)電系統的入射波進行了模擬。以單浮子的波浪發(fā)電系統為研

4、究對象，對浮子的受力情況進行了具體的分析與建模，在系統中選擇了直線電機作為功率輸出裝置，并對其進行了數學模型的推導，進而得到單浮子式波浪發(fā)電系統波浪輸出部分的數學模型。
　　(3)分別以浮子速度、直線電機的交軸電流作為最優(yōu)控制信號，將電機電流、浮子速度和浮子位置作為狀態(tài)變量，入射波所產生的波浪力作為輸入變量，電機力作為控制變量進行建模，獲得了模型預測控制所需的狀態(tài)空間模型。將其進一步離散化，利用預測公式和目標函數進行滾動優(yōu)化和反饋

5、校正。基于MATLAB對兩種不同目標函數下的控制方法進行了仿真。對比了以兩種不同信號作為參考時的控制效果，以及MPC和PI控制器的系統控制效果，仿真結果證明了MPC應用在點吸式波浪發(fā)電系統的可行性和優(yōu)越性。
　　(4)對雙浮子波浪發(fā)電系統的模型預測控制算法進行了研究，建立了預測控制的模型，有別于單浮子系統的是沒有參考軌跡，目標函數的建立時采用了直接功率最大化的方法，最后以規(guī)則波作為輸入進行了仿真分析，證明了模型預測控制方法在雙浮子