1.本发明属于新能源发电控制领域，尤其涉及一种磁流体波浪能发电机输出功率的控制系统。
背景技术：2.波浪能具有分布广泛、储量大(约7
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kw)、能量密度高(约2～3kw/m2)的特点，波浪能发电对于海上海岛用户供电、解决能源危机和实现双碳目标都具有重大意义。基于磁流体发电机阻尼特性和波浪特性相匹配的特点，中国科学院电工研究所在国内率先提出了将磁流体发电机应用于波浪能发电的方案，研制了磁流体波浪能发电装置，该装置具有几乎没有机械传动部件可靠性高、结构紧凑功率密度高的优点；不过根据驱动方式的不同，磁流体波浪能发电机输出的是波形不规则或者规则的、低压(101v量级)、大电流(104a量级)、低频(10-1
hz量级)的交流电，不管是不规则或者规则波形的电能输出，都需要进行变换后才能供用户使用。
3.目前针对磁流体波浪能发电机的输出功率控制系统研究相对较少，中国科学院电工研究所针对磁流体波浪能发电机的输出特性提出了一种不控整流加同步整流boost的两级电路，该电路可以实现整流升压的功能，其前级采用不控整流，不管对不规则或者规则波形的电能输出，都可以实现自然换向简单可靠；后级采用同步整流技术虽然可以降低导通损耗，但是该方案每次同时导通的功率器件较多，包括两个二极管，二极管的导通电阻相对于同步整流boost电路中的全控器件要大，所以针对低压大电流的场合该方案的导通损耗较大。南京航空航天大学针对磁流体波浪能发电机输出低压、大电流的特点提出了一种高增益无桥pfc电路，该电路采用无桥结构，并用全控器件代替了二极管，降低了电路的导通损耗，另外采用耦合电感进一步提高电路增益，但是该电路只能用于输入为规则正弦波的情况，而磁流体波浪能发电机实际输出的是不规则的随机波或者相对规则的方波，所以该电路不适用于实际的磁流体波浪能发电机。北京工业大学提出了一种带二极管-电容倍压环节的boost电路，该电路的主要目的是进行直流升压，主要用于单向运动的输出为直流的磁流体波浪能发电机，而实际的磁流体波浪能发电机为往复运动输出的是交流电，所以该电路也不适用于实际的磁流体波浪能发电机。另外上述电路主要进行了输入pfc控制或者输出恒压控制，这两种控制都无法控制发电机的输出功率，发电机的输出功率是由负载决定的，但是负载功率无法实时匹配输入的波浪功率，这样就会造成波浪能的浪费或者供电功率不足的结果。
技术实现要素：4.为解决上述技术问题，本发明提供一种磁流体波浪能发电机输出功率控制系统，不但可以实现输出波形规则或者不规则的磁流体波浪能发电机的高效整流升压变换，还可以实现磁流体波浪能发电机输出功率的控制，调节发电机出力使之与输入的波浪出力相匹配，最大限度地将波浪能转化为可供使用的电能，提高波浪能转化率。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一种磁流体波浪能发电机输出功率控制系统，由多个相同的控制模块并联组成，每个控制模块均包括全桥boost电路、电压电流采样环节、功率控制补偿环节、换向控制环节、pwm调制环节和驱动环节，所有控制模块的输入端并联后接入磁流体波浪能发电机的输出端，所有控制模块的输出端并联后通过预充电电路接入可以吸收功率的直流母线；所述磁流体波浪能发电机输出功率控制系统通过控制磁流体波浪能发电机的输出电流控制磁流体波浪能发电机的输出功率，所述磁流体波浪能发电机输出功率控制系统的输出电压被直流母线钳位，输出电流大小由所述磁流体波浪能发电机输出功率控制系统的输入功率大小决定，输出功率被直流母线吸收。
7.进一步地，所述全桥boost电路包括输入电感l，第一开关管s1，第二开关管s2，第三开关管s3，第四开关管s4，输出滤波电容c；其中第一-第四开关管s1、s2、s3和s4均采用低导通损耗的全控器件组成全桥电路，第一、第二开关管s1、s2串连组成第一桥臂，其连接点作为全桥电路的第一输入端，第三、第四开关管s3、s4串连组成第二桥臂，其连接点作为全桥电路的第二输入端；输入电感l的一端作为全桥boost电路的第一输入端，输入电感l另一端连接全桥电路第一输入端，全桥电路的第二输入端作为全桥boost电路的第二输入端，输出滤波电容c并联于全桥电路的输出端；全桥电路以及全桥boost电路的第一输入端和第二输入端可以互换，规定全桥boost电路的第一输入端电压为正时为输入电源正向。
8.进一步地，所述全桥boost电路中，每一时刻只有两个开关管处于同时导通状态；当输入交流电源u
in
为正时，第一、第二开关管s1、s2处于互补导通状态，第三开关管s3处于恒关闭状态，第四开关管s4处于恒导通状态，此时输入电感l、第一、第二、第四开关管s1、s2、s4和输出滤波电容c组成同步整流boost电路；当输入交流电源u
in
为负时，第三、第四开关管s3、s4处于互补导通状态，第一开关管s1处于恒关闭状态，第二开关管s2处于恒导通状态，此时输入电感l、第二、第三、第四开关管s2、s3、s4和输出滤波电容c组成同步整流boost电路。
9.进一步地，所述预充电电路用于消除直流母线启动时对输出滤波电容c的冲击，其由功率电阻r和固态继电器km并联后，串联于输出滤波电容c的正极端和所述磁流体波浪能发电机输出功率控制系统的正极输出端之间；固态继电器km开始处于断开状态，直流母线通过功率电阻r向输出滤波电容c充电，当输出滤波电容c两端电压达到和直流母线电压相同时，控制固态继电器km闭合，电流从固态继电器km流通，所述磁流体波浪能发电机输出功率系统停机，固态继电器km断开。
10.进一步地，所述电压电流采样环节设置于全桥boost电路的输入和输出端，输入端的电压电流采样环节能够测量正负电压电流，其输入电压采样环节的正极输入端连接于全桥boost电路第一输入端，其输入电压采样环节的负极输入端连接于全桥boost电路第二输入端；其输入电流采样环节设置于全桥boost电路第一输入端处，规定从第一输入端流向第二输入端时为正。输出端的电压电流采样环节能够测量正向电压电流即可，其输出电压采样环节的正极输入端连接于全桥boost电路的正极输出端，其输出电压采样环节的负极输入端连接于全桥boost电路的负极输出端；其输出电流采样环节设置于全桥boost电路正极输出端，规定从输出正极流向输出负极时为正。测得的电压电流信号输入功率控制补偿环节和换向控制环节，作为闭环控制的反馈信号以及换向控制的参考信号。
11.进一步地，所述功率控制补偿环节包含两种模式，第一种模式根据输入电压信号
通过查表法控制磁流体波浪能发电机的输出电流进行输出功率自动追踪控制，第二种模式根据输出电压电流信号进行输出功率手动控制；
12.在所述第一种模式中，首先根据输入电压绝对值和事先测得的磁流体波浪能发电机输出功率最大时的伏安特性曲线表，得出输出功率最大时对应的电流值大小，作为电流闭环控制的参考值，然后将电流参考值和实测电流绝对值进行比较得到误差信号，接着将误差信号送入pi控制器进行误差补偿，对补偿后的信号进行限幅后得到pwm调制的控制信号。
13.在所述第二种模式中，首先根据输出电压电流信号得到实际输出功率大小，将得到的实际输出功率值和设定功率值进行比较得到误差信号，然后将误差信号送入pi控制器进行误差补偿，并对补偿后的信号进行限幅，接着将限幅后的信号作为电流闭环控制的参考值，并将电流参考值和实测输入电流绝对值进行比较得到误差信号，最后将电流误差信号送入pi控制器进行误差补偿，对补偿后的信号进行限幅后得到pwm调制的控制信号。
14.进一步地，所述换向控制环节用于对输入电压进行连续采样存储，判断连续n个输入电压值大小，其中n》1；如果连续n个输入电压值大于或者等于正向电压阈值vp，其中vp》0，那么判定此时输入电压为正向；如果连续n个输入电压值小于或者等于负向电压阈值vn，其中vn《0，那么判定此时输入电压为负向；如果连续n个输入电压值大于负向电压阈值vn小于正向电压阈值vp，那么判定此时输入电压为0；其它情况，判定输入电压为原来的方向；接着再判断下一个连续n个输入电压数值大小，持续滚动判断进行换向控制。
15.进一步地，所述pwm调制环节包含第一路pwm输出pwm1和第二路pwm输出pwm2，所述第一路pwm输出pwm1为来自所述功率控制补偿环节的控制信号作为调制信号产生的pwm信号，第二路pwm输出pwm2为恒高电平输出；当判定输入电压为正向时，第一路pwm输出pwm1输出调制的pwm信号，第二路pwm输出pwm2恒输出高电平；当判定输入电压为反向时，第一路pwm输出pwm1恒输出高电平，第二路pwm输出pwm2输出调制的pwm信号；当判定输入电压为零时，关闭第一、第二pwm输出pwm1、pwm2。
16.进一步地，所述驱动环节包含均工作于半桥模式的第一驱动模块和第二驱动模块，第一、第二驱动模块均可以输出两路由输入信号控制的带死区的互补pwm波；第一驱动模块的输出信号由pwm1控制，第二驱动模块的输出信号由pwm2控制；当输入电压判定为正向时，第一驱动模块输出两路带死区的互补pwm波控制第一、第二开关管s1、s2互补导通，第二驱动模块输出一路恒高电平一路恒低电平，恒高电平控制第四开关管s4恒导通，恒低电平控制第三开关管s3恒关闭；当输入电压判定为负向时，第一驱动模块输出一路恒高电平一路恒低电平，恒高电平控制第二开关管s2恒导通，恒低电平控制第一开关管s1恒关闭，第二驱动模块输出两路带死区的互补pwm波控制第三、第四开关管s3、s4互补导通；当输入电压判定为零时，第一驱动模块和第二驱动模块均不使能，第一-第四开关管s1、s2、s3、s4均关闭。
17.本发明的有益效果为：
18.本发明解决了目前磁流体波浪能发电机输出功率控制系统实际应用中的一些问题，不但可用于实际的磁流体波浪能发电系统，还具有以下优点：
19.(1)采用模块化设计，将磁流体波浪能发电机输出的大电流均摊到多个控制模块上，可以提高控制系统的效率；可以根据磁流体波浪能发电机输出参数综合考虑控制系统
效率、重量、体积和成本确定并联模块的多少，并在此基础上多预留几个模块作为冗余备份，系统可靠性高，并且方便维修；
20.(2)采用全桥boost电路，每次只有两个全控器件同时导通且不含耦合电感，不但降低了导通损耗提高了系统效率，而且对不规则或者规则波形的电能都能进行变换，并提出了相应的换向控制策略；
21.(3)采用通过控制发电机输出电流控制发电机输出功率的方法，不仅能够实现发电机输出电能的pfc，还能够实现多模块并联自动均流；通过直接对发电机输出功率进行控制，先将发电机的功率输出到直流母线，然后再通过直流母线向用户供电，增加了缓冲环节，通过不同的控制模式，可以实现对发电机输出最大功率自动追踪控制，提高波浪能的转化率，也可以接受上级调度，对发电机输出功率进行手动控制，提高了控制的灵活性。
附图说明
22.图1为本发明的磁流体波浪能发电机输出功率控制系统示意图；
23.图2为本发明的功率控制补偿环节自动追踪控制原理图；
24.图3为本发明的功率控制补偿环节手动控制原理图；
25.图4为本发明的换向控制程序流程图；
26.图5为本发明的驱动控制信号时序图。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
28.如图1所示，本发明的磁流体波浪能发电机输出功率控制系统由多个相同的控制模块并联组成，每个控制模块均包括全桥boost电路、电压电流采样环节、功率控制补偿环节、换向控制环节、pwm调制环节和驱动环节，所有控制模块的输入端并联后接磁流体波浪能发电机的输出端，其输出端并联后通过预充电电路接入可以吸收功率的直流母线。本发明的磁流体波浪能发电机输出功率控制系统通过控制磁流体波浪能发电机的输出电流控制磁流体波浪能发电机的输出功率，控制系统输出电压被直流母线钳位，输出电流大小由控制系统输入功率大小决定，输出功率被直流母线吸收。
29.并联模块数n可通过下面关系式确定：
[0030][0031]
其中r
on
为功率器件的导通电阻，r
l
为输入电感l的寄生电阻，r
l
为连接线路的寄生电阻，iz为磁流体波浪能发电机额定输出电流，η为不考虑开关损耗情况下的系统设计效率，vin为系统输入电压。由该式可知当磁流体波浪能发电机输出参数、导通电阻和寄生电阻确定后，并联模块数越多系统效率越大，但是并联模块数太多会增加系统重量、体积和成本，并且当并联模块数达到一定数量，系统效率提升并不明显，可综合考虑系统效率、重量、体积、成本确定并联模块数n，通过上式确定n后，为了提高系统可靠性，可再增加2～3个模
块作为冗余备份。
[0032]
全桥boost电路包括输入电感l，第一开关管s1，第二开关管s2，第三开关管s3，第四开关管s4，输出滤波电容c；由于发电机输出的电压很低、电流很大，为了降低控制系统的导通损耗，第一-第四开关管s1、s2、s3、s4全部采用低导通损耗的mosfet组成全桥电路，第一开关管s1的源极和第二开关管s2的漏极相连组成第一桥臂，其连接点作为全桥电路的第一输入端，第三开关管s3的源极和第四开关管s4的漏极相连组成第二桥臂，其连接点作为全桥电路的第二输入端，第一开关管s1的漏极和第三开关管s3的漏极相连，其连接点为全桥电路的正极输出端，第二开关管s2的源极和第四开关管s4的源极相连，其连接点为全桥电路的负极输出端；输入电感l的寄生电阻r
l
要设计的尽量小，其一端作为全桥boost电路的第一输入端，另一端连接于全桥电路的第一输入端，全桥电路的第二输入端作为全桥boost电路的第二输入端；输出滤波电容c的寄生电阻rc要选取的尽量小，并联于全桥电路的输出端。全桥电路以及全桥boost电路的第一输入端和第二输入端可以互换，规定全桥boost电路第一输入端电压为正时为输入电源正向。
[0033]
每一时刻只有两个开关管处于同时导通状态，降低了导通损耗，非常适用于低压大电流场合；当输入交流电源u
in
为正时，第一、第二开关管s1、s2处于互补导通状态，第三开关管s3处于恒关闭状态，第四开关管s4处于恒导通状态，此时输入电感l、第一、第二、第四开关管s1、s2、s4和输出滤波电容c组成高效同步整流boost电路；当输入交流电源u
in
为负时，第三、第四开关管s3、s4处于互补导通状态，第一开关管s1处于恒关闭状态，第二开关管s2处于恒导通状态，此时输入电感l、第二、第三、第四开关管s2、s3、s4和输出滤波电容c组成高效同步整流boost电路。
[0034]
电感电流连续时的最小电感值l可由下式确定：
[0035][0036]
其中d为占空比，t为开关周期，vo为单模块输出电压，io为单模块输出电流。通过上式求出最小电感值后，为了减小输入电流纹波，实际电感值可选1.2～2倍裕量。
[0037]
输出滤波电容c的大小可由下式确定：
[0038][0039]
其中d为占空比，t为开关周期，io为单模块输出电流，δvo为输出电压纹波大小。通过上式求出最小电容后，为了减小输出电压纹波，实际电容值可选1.2～2倍裕量。
[0040]
所述预充电电路用于消除直流母线启动时对输出滤波电容c的冲击，其由功率电阻r和固态继电器km并联后，串联于输出滤波电容c的正极端和控制系统的输出端之间；固态继电器km开始处于断开状态，直流母线通过功率电阻r向输出滤波电容c充电，当输出滤波电容c两端电压达到和直流母线电压相同时，控制固态继电器km闭合，电流从固态继电器km流通，控制系统停机，固态继电器km断开。
[0041]
所述电压电流采样环节设置于全桥boost电路的输入和输出端，输入端的电压电流采样环节能够测量正负电压电流；电压电流采样环节的输入电压采样环节的正极输入端连接于全桥boost电路的第一输入端，电压电流采样环节的输入电压采样环节的负极输入端连接于全桥boost电路第二输入端；电压电流采样环节的输入电流采样环节设置于全桥boost电路第一输入端处，规定从第一输入端流向第二输入端时为正；输出端的电压电流采
样环节能够测量正向电压电流即可，其输出电压采样环节的正极输入端连接于全桥boost电路的正极输出端，其输出电压采样环节的负极输入端连接于全桥boost电路的负极输出端；其输出电流采样环节设置于全桥boost电路正极输出端，规定从输出正极流向输出负极时为正；测得的电压电流信号输入功率控制补偿环节和换向控制环节，作为闭环控制的反馈信号以及换向控制的参考信号。
[0042]
参考图1，电压电流采样环节设置于全桥boost电路的输入和输出端，电压电流采样环节全部采用高精度、低延时传感器进行采样，输入端电压电流传感器要能够测双向电压电流，输出端电压电流传感器能够测单向电压电流即可；输入电压传感器正极输入端接全桥boost电路的第一输入端，负极输入端接全桥boost电路的第二输入端；输入电流传感器设置于全桥boost电路的第一输入端处，规定从第一输入端流向第二输入端时为正；输出电压传感器正极输入端接全桥boost电路正极输出端，负极输入端接全桥boost电路负极输出端；输出电流传感器设置于全桥boost电路正极输出端处，规定从全桥boost电路正极输出端流向负极输出端时为正。
[0043]
本实施例中功率控制补偿环节、换向控制环节、pwm调制环节全部由数字信号处理器完成。
[0044]
参考图2和图3，功率控制补偿环节有两种模式，可以通过模式切换指令进行切换，第一种模式是根据输入电压信号通过查表法控制磁流体波浪能发电机的输出电流进行输出功率自动追踪控制，第二种模式是根据输出电压电流信号进行输出功率手动控制。
[0045]
第一种模式的控制电路主要由磁流体波浪能发电机输出功率最大时的伏安特性曲线表、信号比较环节、电流信号误差补偿控制环节、限幅环节组成，其具体实施步骤如下：
[0046]
步骤(1)：对输入电压电流信号采样，并进行模数转换；
[0047]
步骤(2)：对电压电流取绝对值，根据输入电压绝对值大小和事先测得的磁流体波浪能发电机输出功率最大时的伏安特性曲线表，得出输出功率最大时对应的电流值大小，作为电流闭环控制的参考值；
[0048]
步骤(3)：将电流参考值和实测电流绝对值进行比较，得到误差信号；
[0049]
步骤(4)：将误差信号送入pi控制器进行误差补偿，对补偿后的信号进行限幅后得到pwm调制的控制信号。
[0050]
第二种模式的控制电路主要由信号比较环节、功率信号误差补偿控制环节、电流信号误差补偿控制环节、限幅环节组成，其具体实施步骤如下：
[0051]
步骤(1)：对输出电压电流信号采样，并进行模数转换；
[0052]
步骤(2)：对输出电压、电流进行乘法运算得到输出功率大小，将得到的功率值和设定功率值进行比较，得到误差信号；
[0053]
步骤(3)：将误差信号送入pi控制器进行误差补偿，对补偿后的信号进行限幅，将限幅后的信号作为电流闭环控制的参考值；
[0054]
步骤(4)：将电流参考值和实测电流绝对值进行比较，得到误差信号；
[0055]
步骤(5)：将误差信号送入pi控制器进行误差补偿，对补偿后的信号进行限幅后得到pwm调制的控制信号。
[0056]
参考图4，换向控制环节的具体实施步骤如下：
[0057]
步骤(1)：定义一个含有n个元素的浮点型数组a[n]、换向控制标志位c_flag、换向
保持标志位b_flag、正向电压阈值vp、负向电压阈值vn，并对所有变量赋初值；
[0058]
步骤(2)：对输入电压进行采样并进行模数转换，连续采样，并将输入电压采样值从后往前依次存入数组a[n]；
[0059]
步骤(3)：判断连续n个输入电压值大小，如果连续n个输入电压值大于或者等于正向电压阈值vp(vp》0)，c_flag＝1；如果连续n个输入电压值小于或者等于负向电压阈值vn(vn《0)，c_flag＝2；如果连续n个输入电压值大于负向电压阈值vn且小于正向电压阈值vp，c_flag＝0；其它情况，c_flag＝b_flag；
[0060]
步骤(4)：判断下一个连续n个输入电压数值大小，持续滚动判断进行换向控制。
[0061]
判断的数量n、正向电压阈值vp和负向电压阈值vn的绝对值越大，换向越迟钝也越稳定；这三个数的绝对值越小，换向越灵敏也越容易出现震荡。
[0062]
所述pwm调制环节包含第一、第二路pwm输出，第一路pwm输出为由控制补偿环节输出的控制信号作为调制信号产生的pwm信号，第二路pwm输出为恒高电平输出；将两路pwm输出分别定义为pwm1和pwm2，当c_flag＝1时，第一路pwm输出pwm1输出调制的pwm信号，第二路pwm输出pwm2恒输出高电平；当c_flag＝2时，第一路pwm输出pwm1恒输出高电平，第二路pwm输出pwm2输出调制的pwm信号；当c_flag＝0时，关闭pwm输出。
[0063]
参考图5，所述驱动环节采用两个都工作于半桥模式的驱动模块，将两个驱动模块分别定义为第一驱动模块和第二驱动模块，第一驱动模块的输出信号由pwm调制环节中的pwm1控制，第二驱动模块的输出信号由pwm调制环节中的pwm2控制；当c_flag＝1时，第一驱动模块输出两路带死区的互补pwm波控制第一、第二开关管s1、s2互补导通，第二驱动模块输出一路恒高电平一路恒低电平，恒高电平控制第四开关管s4恒导通，恒低电平控制第三开关管s3恒关闭；当c_flag＝2时，第一驱动模块输出一路恒高电平一路恒低电平，恒高电平控制第二开关管s2恒导通，恒低电平控制第一开关管s1恒关闭，第二驱动模块输出两路带死区的互补pwm波控制第三、第四开关管s3、s4互补导通；当c_flag＝0时，第一驱动模块和第二驱动模块都不使能，开关管第一-第四s1、s2、s3、s4都关闭。
[0064]
本领域的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或软硬件结合方面的实施例的形式。并且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、u盘)上实施的计算机程序产品形式。
[0065]
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述具体的实施方式，上述的具体实施方式是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员再本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围。
技术特征：1.一种磁流体波浪能发电机输出功率控制系统，其特征在于：由多个相同的控制模块并联组成，每个控制模块均包括全桥boost电路、电压电流采样环节、功率控制补偿环节、换向控制环节、pwm调制环节和驱动环节，所有控制模块的输入端并联后接入磁流体波浪能发电机的输出端，所有控制模块的输出端并联后通过预充电电路接入可以吸收功率的直流母线；所述磁流体波浪能发电机输出功率控制系统通过控制磁流体波浪能发电机的输出电流控制磁流体波浪能发电机的输出功率，所述磁流体波浪能发电机输出功率控制系统的输出电压被直流母线钳位，输出电流大小由所述磁流体波浪能发电机输出功率控制系统的输入功率大小决定，输出功率被直流母线吸收。2.根据权利要求1所述的一种磁流体波浪能发电机输出功率控制系统，其特征在于：所述全桥boost电路包括输入电感l，第一开关管s1，第二开关管s2，第三开关管s3，第四开关管s4，输出滤波电容c；其中第一-第四开关管s1、s2、s3和s4均采用低导通损耗的全控器件组成全桥电路，第一、第二开关管s1、s2串连组成第一桥臂，其连接点作为全桥电路的第一输入端，第三、第四开关管s3、s4串连组成第二桥臂，其连接点作为全桥电路的第二输入端；输入电感l的一端作为全桥boost电路的第一输入端，输入电感l另一端连接全桥电路第一输入端，全桥电路的第二输入端作为全桥boost电路的第二输入端，输出滤波电容c并联于全桥电路的输出端；全桥电路以及全桥boost电路的第一输入端和第二输入端可以互换，规定全桥boost电路的第一输入端电压为正时为输入电源正向。3.根据权利要求2所述的一种磁流体波浪能发电机输出功率控制系统，其特征在于：所述全桥boost电路中，每一时刻只有两个开关管处于同时导通状态；当输入交流电源u
in
为正时，第一、第二开关管s1、s2处于互补导通状态，第三开关管s3处于恒关闭状态，第四开关管s4处于恒导通状态，此时输入电感l、第一、第二、第四开关管s1、s2、s4和输出滤波电容c组成同步整流boost电路；当输入交流电源u
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为负时，第三、第四开关管s3、s4处于互补导通状态，第一开关管s1处于恒关闭状态，第二开关管s2处于恒导通状态，此时输入电感l、第二、第三、第四开关管s2、s3、s4和输出滤波电容c组成同步整流boost电路。4.根据权利要求1所述的一种磁流体波浪能发电机输出功率控制系统，其特征在于：所述预充电电路用于消除直流母线启动时对输出滤波电容c的冲击，其由功率电阻r和固态继电器km并联后，串联于输出滤波电容c的正极端和所述磁流体波浪能发电机输出功率控制系统的正极输出端之间；固态继电器km开始处于断开状态，直流母线通过功率电阻r向输出滤波电容c充电，当输出滤波电容c两端电压达到和直流母线电压相同时，控制固态继电器km闭合，电流从固态继电器km流通，所述磁流体波浪能发电机输出功率控制系统停机，固态继电器km断开。5.根据权利要求1所述的一种磁流体波浪能发电机输出功率控制系统，其特征在于：所述电压电流采样环节设置于全桥boost电路的输入和输出端，输入端的电压电流采样环节能够测量正负电压电流，其输入电压采样环节的正极输入端连接于全桥boost电路第一输入端，其输入电压采样环节的负极输入端连接于全桥boost电路第二输入端；其输入电流采样环节设置于全桥boost电路第一输入端处，规定从第一输入端流向第二输入端时为正。输出端的电压电流采样环节能够测量正向电压电流即可，其输出电压采样环节的正极输入端连接于全桥boost电路的正极输出端，其输出电压采样环节的负极输入端连接于全桥boost电路的负极输出端；其输出电流采样环节设置于全桥boost电路正极输出端，规定从输出正
极流向输出负极时为正。测得的电压电流信号输入功率控制补偿环节和换向控制环节，作为闭环控制的反馈信号以及换向控制的参考信号。6.根据权利要求1所述的一种磁流体波浪能发电机输出功率控制系统，其特征在于：所述功率控制补偿环节包含两种模式，第一种模式根据输入电压信号通过查表法控制磁流体波浪能发电机的输出电流进行输出功率自动追踪控制，第二种模式根据输出电压电流信号进行输出功率手动控制；在所述第一种模式中，首先根据输入电压绝对值和事先测得的磁流体波浪能发电机输出功率最大时的伏安特性曲线表，得出输出功率最大时对应的电流值大小，作为电流闭环控制的参考值，然后将电流参考值和实测电流绝对值进行比较得到误差信号，接着将误差信号送入pi控制器进行误差补偿，对补偿后的信号进行限幅后得到pwm调制的控制信号；在所述第二种模式中，首先根据输出电压电流信号得到实际输出功率大小，将得到的实际输出功率值和设定功率值进行比较得到误差信号，然后将误差信号送入pi控制器进行误差补偿，并对补偿后的信号进行限幅，接着将限幅后的信号作为电流闭环控制的参考值，并将电流参考值和实测输入电流绝对值进行比较得到误差信号，最后将电流误差信号送入pi控制器进行误差补偿，对补偿后的信号进行限幅后得到pwm调制的控制信号。7.根据权利要求1所述的一种磁流体波浪能发电机输出功率控制系统，其特征在于：所述换向控制环节用于对输入电压进行连续采样存储，判断连续n个输入电压值大小，其中n>1；如果连续n个输入电压值大于或者等于正向电压阈值vp，其中vp>0，那么判定此时输入电压为正向；如果连续n个输入电压值小于或者等于负向电压阈值vn，其中vn<0，那么判定此时输入电压为负向；如果连续n个输入电压值大于负向电压阈值vn小于正向电压阈值vp，那么判定此时输入电压为0；其它情况，判定输入电压为原来的方向；接着再判断下一个连续n个输入电压数值大小，持续滚动判断进行换向控制。8.根据权利要求7所述的一种磁流体波浪能发电机输出功率控制系统，其特征在于：所述pwm调制环节包含第一路pwm输出pwm1和第二路pwm输出pwm2，所述第一路pwm输出pwm1为来自所述功率控制补偿环节的控制信号作为调制信号产生的pwm信号，第二路pwm输出pwm2为恒高电平输出；当判定输入电压为正向时，第一路pwm输出pwm1输出调制的pwm信号，第二路pwm输出pwm2恒输出高电平；当判定输入电压为反向时，第一路pwm输出pwm1恒输出高电平，第二路pwm输出pwm2输出调制的pwm信号；当判定输入电压为零时，关闭第一、第二pwm输出pwm1、pwm2。9.根据权利要求8所述的一种磁流体波浪能发电机输出功率控制系统，其特征在于：所述驱动环节包含均工作于半桥模式的第一驱动模块和第二驱动模块，第一、第二驱动模块均可以输出两路由输入信号控制的带死区的互补pwm波；第一驱动模块的输出信号由pwm1控制，第二驱动模块的输出信号由pwm2控制；当输入电压判定为正向时，第一驱动模块输出两路带死区的互补pwm波控制第一、第二开关管s1、s2互补导通，第二驱动模块输出一路恒高电平一路恒低电平，恒高电平控制第四开关管s4恒导通，恒低电平控制第三开关管s3恒关闭；当输入电压判定为负向时，第一驱动模块输出一路恒高电平一路恒低电平，恒高电平控制第二开关管s2恒导通，恒低电平控制第一开关管s1恒关闭，第二驱动模块输出两路带死区的互补pwm波控制第三、第四开关管s3、s4互补导通；当输入电压判定为零时，第一驱动模块和第二驱动模块均不使能，第一-第四开关管s1、s2、s3、s4均关闭。
技术总结本发明公开了一种磁流体波浪能发电机输出功率控制系统，控制系统由多个相同的控制模块并联组成，每个模块包括全桥Boost电路、电压电流采样环节、功率控制补偿环节、换向控制环节、PWM调制环节和驱动环节。所有模块的输入端并联后接磁流体波浪能发电机输出，输出端并联后通过预充电电路接直流母线；每个模块的控制电路根据采集到的输入电压电流信号通过查表法进行输出功率自动追踪控制，或者根据输出电压电流信号进行输出功率手动控制，同时根据输入电压信号进行换向控制。该控制系统不但可以实现输出波形规则或不规则的磁流体波浪能发电机的输出功率控制，使磁流体波浪能发电机出力实时匹配波浪出力，提高波浪能的转化效率，而且高效可靠且维修方便。而且高效可靠且维修方便。而且高效可靠且维修方便。
技术研发人员：张庆贺 彭爱武
受保护的技术使用者：中国科学院电工研究所
技术研发日：2022.07.22
技术公布日：2022/11/1
