波浪能是當(dāng)前海上可再生能源的主要能源之一。從20世紀(jì)70年代開始，很多國家就開始對波浪能發(fā)電進(jìn)行了研究，現(xiàn)已開發(fā)出了擺式、振蕩水柱式（空氣式）、點(diǎn)頭鴨式、點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)。

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(gè)相當(dāng)難的問題。

• 在這一方面，文獻(xiàn)[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(yùn)用電氣化模擬建立了包含永磁同步電機(jī)在內(nèi)的電路模型，并運(yùn)用電力電子技術(shù)對功率進(jìn)行控制。
• Johannes Falnes的著作則詳細(xì)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(yīng)用電機(jī)分析的基本方法設(shè)計(jì)波浪能轉(zhuǎn)換裝置的相關(guān)性能指標(biāo)。
• 文獻(xiàn)[12]將電氣化模擬思想用于點(diǎn)吸收式WEC系統(tǒng)建模，并通過海上實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(xué)的現(xiàn)狀下，電氣化模擬被認(rèn)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(fù)載的全局性等效電路，運(yùn)用電路原理的方法，模擬求解不同海況下的響應(yīng)，易于波浪能轉(zhuǎn)換裝置的控制設(shè)計(jì)和理論分析。

機(jī)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(yùn)動微分方程卻在數(shù)學(xué)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(jìn)行電氣化模擬。此時(shí)，定力源相當(dāng)于電壓源或電動勢，定速源相當(dāng)于電流源，質(zhì)量m相當(dāng)于電感L，阻尼系數(shù)c相當(dāng)于電阻R，彈簧剛度k1相當(dāng)于電容的倒數(shù)1/C。并聯(lián)的機(jī)械元件擁有相同的運(yùn)動速度，因此相當(dāng)于串聯(lián)的電氣元件擁有相同的電流。引入復(fù)數(shù)量后，機(jī)械阻抗相當(dāng)于電路阻抗。同時(shí)，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(jī)電對應(yīng)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(fù)載控制和反應(yīng)式控制兩種控制策略在該波浪發(fā)電裝置上的適應(yīng)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(jìn)行了受力分析，并使用電氣化模擬的方法建立了其對應(yīng)的電路模型。根據(jù)電路模型，對被動負(fù)載控制和反應(yīng)式控制下的電機(jī)性能進(jìn)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(dāng)?shù)那闆r下穩(wěn)定地運(yùn)行在線性狀態(tài)。同時(shí)，被動負(fù)載控制下，電機(jī)始終工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，而反應(yīng)式控制下電機(jī)會在部分時(shí)間段內(nèi)工作在電動機(jī)狀態(tài)。反應(yīng)式控制下電機(jī)發(fā)出的有功功率比被動負(fù)載控制下的功率大。