直驱式波浪发电系统的哈密顿建模和无源性控制

蒋志杰，杨金明, 黄伟

(华南理工大学 电力学院，广东 广州 510641)

随着人类经济发展，对能源的需求逐步上升，各国逐步开发和利用可再生清洁能源。波浪能作为清洁可再生能源的一种，分布辽阔，储量可观。据调查研究，全球波浪能流储量可达1～10 TW，我国波浪能总储量高达70～170 GW，开发和利用海洋波浪能具有广阔的应用前景[1-3]。

各种波浪能发电装置被研发海试，现已有一些波浪发电控制的研究成果[4-7]，如PI控制、自适应控制、模糊控制和滑模控制等方法用于波浪能捕获控制中。基于能量成形的端口受控哈密顿模型是物理系统与周围环境通过端口进行能量交换的自然表现[8]，而波浪发电系统利用波浪转换装置与海浪进行能量交换，采用哈密顿模型可以对波浪能量转换过程中的能量传递和分布有直观的认识。基于无源理论的控制方法从能量的角度出发，通过重新配置系统的哈密顿模型，迫使系统总能量跟踪期望的能量函数，并使系统的状态变量渐进收敛到设定值[9-10]。目前，无源性控制在电力电子装置[11-12]、风力发电系统[13]等领域有较好的应用，同时在波浪发电系统中的应用研究也逐步展开[14]。

本文针对一种封闭型直驱式波浪发电系统，采用哈密顿框架建立模型，以无源性控制理论为基础，设计以最大功率捕获为目标的无源控制器。

1 封闭型直驱式波浪发电系统模型

1.1 动力学模型

本文研究的封闭型直驱式波浪发电装置由浮子体、上弹簧、附加质量块、直线发电机、下终止弹簧等部分组成，其结构如图1所示[15]。……