[发明专利]全电气波浪能发电实验系统

权利要求书

1.一种全电气波浪能发电实验系统，包括用来模拟点吸收式单自由度波浪发电装置的模拟电路、异步电动机、永磁同步发电机和控制器，其特征在于，

所述的模拟电路，包括浮子的物理参数单元、浮子与入射波浪相互作用的单元、动力输出单元(PTO)和连接线部分；

所述浮子的物理参数单元包括：第一电感(L₁)、第一电容(C₁)和第一直流电源(U_S1)；所述的第一电感(L₁)由浮子质量M_b等效，第一电容(C₁)由浮子偏离平衡位置的位移引起静水力的可变部分ρgS等效，第一直流电源(U_S1)由浮子端受到的弹簧预紧力ρgV_proload等效；

其中，所述第一直流电源(U_S1)的正极性端与第一电容(C₁)的第一端连接；所述第一电容(C₁)第二端与第一电感(L₁)的第一端连接；

所述浮子与入射波浪相互作用单元包括：第一交流电源(u_s1)、第二交流电源(u_s1′)、第二电感(L₂)、第三电感(L₂′)、第一电阻(R₁)、第二电阻(R₁′)；所述第一交流电源(u_s1)由缆绳张紧状态下入射波对浮子的作用力F_e作为驱动力等效，第二交流电源(u_s1′)由缆绳松弛状态下入射波对浮子的作用力F_e作为驱动力等效，第二电感(L₂)由缆绳张紧状态下的附加质量m_a等效，第三电感(L₂′)由缆绳松弛状态下的附加质量m_a′等效，第一电阻(R₁)由缆绳张紧状态下的辐射阻尼系数B等效，第二电阻(R₁′)由缆绳松弛状态下的辐射阻尼系数B′等效；

其中，所述第一交流电源(u_s1)的两端分别连接第一电感(L₁)的第二端和第二电感(L₂)的第一端；所述第二电感(L₂)的第二端连接第一电阻(R₁)的第一端；所述第一电阻(R₁)的第二端连接第一开关(S₁)；所述第二交流电源(u_s1′)的两端分别连接第一电感(L₁)的第二端和第三电感(L₂′)的第一端；所述第三电感(L₂′)的第二端连接第二电阻(R₁′)的第一端；所述第二电阻(R₁′)的第二端连接第二开关(S₁′)；从所述的第一直流电源的正极性端引出端口Ⅰ；

所述浮子的动力输出单元(PTO)包括：第一可变电阻(R₂)、第二电容(C₂)、第三电容(C₃)、第四电感(L₃)、第二直流电源(U_S2)、第三直流电源(U_S3)、第四直流电源(U_S4)；所述的第一可变电阻(R₂)由转子与定子部分重叠的面积(也称为有效面积比A_act)等效，第二电容(C₂)由回缩弹簧的弹簧系数k_s等效，第三电容(C₃)由止动弹簧的弹簧系数k_end-stop等效，第四电感(L₃)由转子质量M_t等效，第二直流电源(U_S2)由转子端受到的弹簧预紧力F_preload等效，第三直流电源(U_S3)由转子的重力M_tg等效，第四直流电源(U_S4)由止动弹簧产生的压缩力k_end-stopu_es等效；

其中，所述第二直流电源(U_S2)的负极性端连接第一直流电源(U_S1)的正极性端；所述第三直流电源(U_S3)的正极性端和第一可变电阻(R₂)的第一端连接第二直流电源(U_S2)的正极性端；所述第四直流电源(U_S4)的正极性端连接第一可变电阻(R₂)的第二端；所述第三电容(C₃)的第一端连接第四直流电源(U_S4)的负极性端；所述第二电容(C₂)的两端分别连接第三开关(S₂)的和第四电感(L₃)的第一端；所述第四电感(L₃)的第二端连接第四开关(S₃)；从所述第三直流电源(U_S3)的负极性端引出端口Ⅲ；从所述第三电容(C₃)的第二端引出端口Ⅳ；从所述第一可变电阻(R₂)的第二端引出端口Ⅴ；

所述连接线部分作为桥梁连接浮子的物理参数单元、浮子与入射波浪相互作用的单元和动力输出单元(PTO)三个部分，主要包括第四电容(C₄)；所述第四电容(C₄)由缆绳张紧时建模为弹簧的弹簧系数k_line等效；

其中，所述第一直流电源的负极性端连接第四电容(C₄)的第一端；从所述第四电容(C₄)的第二端引出端口Ⅱ；

所述第一开关(S₁)可以置于端口Ⅱ，表示连接线张紧状态下的浮子与波浪相互作用的情况；所述第二开关(S₁′)可以置于端口Ⅰ，表示连接线松弛状态下的浮子与波浪相互作用的情况；所述第三开关(S₂)可以置于端口Ⅱ或端口Ⅲ，分别对应直线发电机转子在连接线的作用下提升和在转子重力作用下降落的情况；所述第四开关(S₃)可以置于端口Ⅳ或端口Ⅴ，分别对应转子压缩止动弹簧和没有碰到止动弹簧的情况；第一开关(S₁)、第二开关(S₁′)、第三开关(S₂)和第四开关(S₃)通过连接不同的电路，得到装置不同的工作状态。

2.根据权利要求1所述的实验系统，其特征在于，控制器采用基于自抗扰控制的异步电动机矢量控制算法，并加入除法环节，通过异步电动机转速、磁链、电流闭环实现输出转速控制，在电流闭环中，将检测到的三相电流进行静止3/2变换和旋转变换，得到dq坐标系下的定子电流i_sd和i_sq，分别与由转速调节器和磁链调节器输出的dq坐标系下的参考电流i_sd*和i_sq*比较，通过定子电流励磁分量调节器和定子电流转矩分量调节器构成电流闭环控制，四个调节器除磁链调节器使用PI调节以外，其余的均采用自抗扰控制器。