基于波浪能的直驱式平面无传感器发电机理研究

本项目以可再生资源波浪能的开发为背景，以电能稳定输出为目标，探索基于开关磁阻原理的二维直接驱动式平面无传感器发电机理，实现波浪能的二维转化，为降低现有发电系统造价及复杂度，提高发电效率并适应环境变化等方面提供一种综合解决方案。基于电磁场、自动控制学科等相关理论和方法，从能量转化规律入手，构建平面发电数学模型；设计基于平面发电机理的仿真分析和测量方法；构建平面发电原型机构及闭环发电控制系统，设计高效、稳定的电能输出控制算法；针对环境对系统的影响，提出二维位置无传感器检测方法，代替物理传感装置，增强系统鲁棒性和抗干扰能力；提出二维发电系统的软刹车方法，实现发电端部的自行制动，提高系统可靠性和运行寿命。通过建立平面无传感器发电知识体系和研究方法，有助于为其他可再生资源如风能、太阳能等的利用提供一定的指导和借鉴；为能量转化理论和无传感器技术等研究领域提供新方法和新思路。

本项目以可再生能源波浪能在二自由度直接采集为背景，基于开关磁阻原理，对二维直驱式平面发电机构设计与优化、发电机理、发电控制方法、无传感器算法及软刹车等方面开展了全面系统的研究。理论分析、仿真和实验结果均表明：发电机构气隙长度、开通关断位置等是决定发电效率的重要因素；结合闭环电压及合理的电流分配方法，输出电压精度可控制在±0.5v范围内，实现与商用储能机构的有效匹配，为逆变及并网做准备；采用脉冲注入式无传感器位置检测方法，检测精度与机构运行速度紧密相关，不影响发电机构励磁与发电的有效切换；端部刹车算法的引入，实现机构在没有机械阻尼情况下端部的有效停止。通过建立平面无传感器发电的知识体系和研究方法，有助于为其他可再生资源如风能、太阳能等的利用提供一定的指导和借鉴；为能量转化理论和无传感器技术等研究领域提供新方法和新思路。