[发明专利]一种可变刚度的波浪能发电系统及其优化控制方法

说明书

本发明公开了一种可变刚度的波浪能发电系统及其优化控制方法，包括：导磁螺杆，第一磁螺母、第二磁螺母，表贴式螺母内部的分段永磁材料，旋转电机，并为此装置提出一种优化控制方法。通过旋转电机改变第一磁螺母的相对旋转角度并固定，使得第一磁螺母，第二磁螺母、导磁螺杆之间的线位移与角位移发生改变，改变其内部磁相位，改变第二磁螺母的刚度特性，使之更加适应非线性波浪环境。本发明将磁螺母分段，改变其与波浪直接接触部位的刚度特性，通过最大功率点主动相位控制方法，并利用快速重复控制算法对电流环PI控制器进行优化改进，最大程度上将波浪能转化成电能，进而提高波浪发电装置的功率密度，降低波浪发电成本和装置体积。

技术领域

本发明涉及波浪能发电技术领域，具体涉及一种可变刚度的波浪能发电系统及其优化控制方法。

背景技术

随着传统能源(如：煤炭、石油、天然气等不可再生能源)的日益短缺，环境污染的不断加重，人类对于能源资源的需求不断增大，使得寻找清洁的可再生能源成为国家可持续发展的重点。

据估算，全世界波浪能的理论值约为10⁹Kw量级，是现在世界发电量的数百倍，有着广阔的商业前景，波浪能作为一种可再生能源其相比于其他可在生能源(风能，太阳能)具有(1)能量密度高，开发利用对环境的影响较小；(2)传输距离长能量损失小；(3)可以在全年大多数时间运行的优点。

从海洋中获取能量潜力巨大，但是由于波浪的不稳定性所以其转换装置经常处在非设计工况条件下运行，故需要高效、可靠的能量转换装置，才可以将巨大而且缓慢变化的波浪能转换为电能，同时波浪能发电装置的尺寸巨大，建造，布放与维护成本都比较高使得波浪能发电领域的发展停滞不前。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种可变刚度的波浪能发电系统及其优化控制方法，能将传统磁力丝杠刚度特性进行改变，同时解决螺旋形状永磁体制造、装配困难的问题；并提出一种主动相位控制方法，比原有的控制方法相比，其在所有波段频率下都具有良好的控制性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：提出一种适应海上波能变换的可变刚度波浪发电系统，包括上部支架、下部支架、外浮筒、内浮筒，以及设置在内浮筒内部的可变刚度磁力丝杠、旋转电机、永磁同步发电机；

可变刚度磁力丝杠包括螺旋导磁体、导磁螺杆、螺杆及磁螺母；

磁螺母内部依次套设有螺旋导磁体、导磁螺杆，且三者同轴设置；

磁螺母包括沿径向并列相连的第一磁螺母及第二磁螺母，第一磁螺母及第二磁螺母外部均连接旋转电机；

磁螺母外套设有内浮筒，内浮筒外套设有外浮筒，外浮筒与在内浮筒内部设置的磁螺母通过圆柱形刚柱与上部支架刚性相连；

内浮筒与下部支架通过圆形刚柱刚性相连；下部支架通过锚链与沉石相连，沉石置于海底底部；

永磁同步发电机与螺杆刚性相连，将外浮筒俘获的波浪能通过可变刚度磁力丝杠转换成使螺杆旋转的机械能，进而带动永磁同步发电机旋转。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，通过旋转电机使得第一磁螺母旋转角度并固定，从而改变第一磁螺母、第二磁螺和螺杆之间的线位移与角位移；第一磁螺母(201)与第二磁螺母(202)之间留有气隙，且第一磁螺母(201)、第二磁螺母(202)均能与导磁螺杆(302)之间留有气隙。

进一步地，在磁螺母内壁表贴有径向充磁的永磁体，永磁体通过轴向分段的方式分为12块，每3块为一整体，并且其充磁方向相同；同时四个整体按N-S-N-S的排列顺序组成一整块空心圆环表贴于磁螺母圆周内部，表贴型永磁体与磁螺母中并无气隙。

进一步地，在第一磁螺母及第二磁螺母的内壁上分别表贴有径向充磁的永磁体。