波浪能是當前海上可再生能源的主要能源之一。從20世紀70年代開始，很多國家就開始對波浪能發(fā)電進行了研究，現(xiàn)已開發(fā)出了擺式、振蕩水柱式（空氣式）、點頭鴨式、點吸收式和浮子式等多種形式的波浪能發(fā)電裝置。其中一種典型點吸收式波浪能技術(shù)——振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置（Wave Energy Converter, WEC）近年來發(fā)展迅猛，具有易移動、建造成本低等特點。

目前對波浪能轉(zhuǎn)換裝置的研究中，波浪能功率捕獲與控制是一個相當難的問題。

• 在這一方面，文獻[8]著眼于擺式波浪發(fā)電系統(tǒng)的建模與功率控制技術(shù)，運用電氣化模擬建立了包含永磁同步電機在內(nèi)的電路模型，并運用電力電子技術(shù)對功率進行控制。
• Johannes Falnes的著作則詳細論述了振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置從電氣建模到功率控制的過程。
• Elisabetta Tedeschi與Eiril Bj?rnstad等均從建立波浪能轉(zhuǎn)換裝置的等效電路研究出發(fā)，再應用電機分析的基本方法設(shè)計波浪能轉(zhuǎn)換裝置的相關(guān)性能指標。
• 文獻[12]將電氣化模擬思想用于點吸收式WEC系統(tǒng)建模，并通過海上實驗驗證了該電路模型的正確性。

由此可見，在對波浪發(fā)電的研究大部分著眼于波浪能轉(zhuǎn)換裝置的水動力學的現(xiàn)狀下，電氣化模擬被認為是一種簡便而可靠的解決方式。它的主要思想是將波浪能轉(zhuǎn)換裝置在模型上變換為等效電氣元件，建立從波浪能轉(zhuǎn)換裝置到負載的全局性等效電路，運用電路原理的方法，模擬求解不同海況下的響應，易于波浪能轉(zhuǎn)換裝置的控制設(shè)計和理論分析。

機械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)是兩種不同類型的系統(tǒng)。它們分別用兩類物理量描述，遵循不同的物理定律。然而，這兩種物理性質(zhì)迥異的系統(tǒng)，其運動微分方程卻在數(shù)學上具有相同的形式，這就表示可以把這兩種不同的系統(tǒng)在形式上相互轉(zhuǎn)化。

本文使用“力—電壓”和“速度—電流”的模擬關(guān)系進行電氣化模擬。此時，定力源相當于電壓源或電動勢，定速源相當于電流源，質(zhì)量m相當于電感L，阻尼系數(shù)c相當于電阻R，彈簧剛度k1相當于電容的倒數(shù)1/C。并聯(lián)的機械元件擁有相同的運動速度，因此相當于串聯(lián)的電氣元件擁有相同的電流。引入復數(shù)量后，機械阻抗相當于電路阻抗。同時，所有參與模擬關(guān)系的物理量均在國際單位制下量化。

采用上述機電對應關(guān)系，建立了全電氣化模擬WEC系統(tǒng)的電路模型，模型中引入了似變壓器阻抗變換器（Quasi-Transformer Impedance Converter, QTIC）模擬繩纜，分析了系統(tǒng)的線性臨界穩(wěn)定條件，并研究了被動負載控制和反應式控制兩種控制策略在該波浪發(fā)電裝置上的適應性。

圖1 振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置

總結(jié)

本文對一種無封閉纜繩結(jié)構(gòu)的振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置進行了受力分析，并使用電氣化模擬的方法建立了其對應的電路模型。根據(jù)電路模型，對被動負載控制和反應式控制下的電機性能進行了分析。

分析結(jié)果證明了無封閉纜繩結(jié)構(gòu)的振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置可以在自身參數(shù)適當?shù)那闆r下穩(wěn)定地運行在線性狀態(tài)。同時，被動負載控制下，電機始終工作在發(fā)電機狀態(tài)，而反應式控制下電機會在部分時間段內(nèi)工作在電動機狀態(tài)。反應式控制下電機發(fā)出的有功功率比被動負載控制下的功率大。