浮力摆式波浪能发电装置关键技术研究

【摘要】：能源是人类生存和从事一切生产活动的物质基础。经济发展与能源短缺的矛盾；传统能源过度开发与环境急剧恶化的因果关系；国际能源冲突与能源安全等重大问题已引起国内外越来越高的关注。波浪能由于具有可再生、绿色环保和储量丰富的特点,日益受到世界许多国家的重视。科学地、更大规模地利用波浪能对促进国民经济的可持续发展具有重要的深远意义。针对波浪随机波动的不确定性和恶劣的海洋环境等不利因素,能否制造出科学合理、经济适用的能源机械装备不仅直接影响到波浪能转化效率和成本的高低,而且往往决定着实际利用波浪能总体技术的成败。 作为一种系统集成创新的利用波浪能来发电的海洋能源利用装备,浮力摆式波浪能发电装置的研制存在若干关键技术难题,本文试图通过理论分析、仿真试验并结合实验样机厂房试验、现场试验等手段以期研究论证浮力摆式波浪能发电装置双行程全周期做功的可行性,大幅提高其工作效率和在不确定波况等恶劣海况下的生存能力和可靠性,优化浮力摆翼型结构,通过对机组的功率控制实现最大能量捕获和功率稳定输出等。 论文首先通过波浪理论对浮力摆在波浪上的运动规律进行分析,并在流体动力学理论的基础上运用有限元法流固耦合多物理场建模仿真对浮力摆翼形进行水动力学特性的研究及优化设计。在传动系统方面,重点研究了双行程全周期做功的液压式能量传动方案,通过对液压传动方案的仿真试验和厂房的半物理仿真试验的结果分析,表明采用蓄能器的双行程全周期做功的液压传动系统在提高系统效率及输出功率稳定性方面性能良好。论文还对浮力摆式波浪能发电系统的功率控制技术进行了研究,对控制器系统结构及其控制算法进行了仿真研究,结果表明基于负载控制的最大能量捕获可以使浮力摆式波浪能发电系统功率较好地稳定在最大功率点附近。 论文各章内容分述如下： 第一章在调研查阅了大量的国内外相关文献的基础上,论述了波浪能发电装置研究的背景、目的和意义；介绍了国内外各种波浪能发电技术的研究进展及取得的成果；总结了当前浮力摆式波浪能发电装置研究方面亟待解决的一些关键技术问题。 第二章运用波浪理论、流体动力学理论分析了波浪流体质点的运动特性,随后介绍了浮力摆在波浪上的运动理论基础,最后介绍了浮力摆在波浪能发电装置的组成结构及工作原理。 第三章分述了浮力摆式波浪能发电装置的若干关键技术问题。首先利用理论分析对浮力摆翼型水动力学特性进行流固耦合有限元法多物理场模拟仿真；在分析研究仿真结果的基础上对浮力摆翼型进行设计计算；在比较了波浪能发电装置各种传动方式优缺点的基础上,引申出本课题提出的带蓄能器的双行程全周期做功的液压能量传动系统方案；最后对机组的电气及负载控制系统等也进行了设计介绍。 第四章着重研究了双行程全周期做功的液压传动系统在浮力摆式波浪能发电装置中的应用,包括双行程全周期做功的液压传动系统的工作原理及设计、液压元器件的计算与选型等；联合软件AMESim及Matlab/Simulink对双行程全周期做功的液压传动系统进行系统建模,并进行蓄能稳压恒频及功率稳定等方面的联合仿真验证,并进行分析总结。 第五章首先对浮力摆式波浪能发电装置运行工况进行分析,由此对浮力摆式波浪能发电系统结构进行研究,并提出基于负载控制的最大能量捕获及改进的自适应变步长扰动观测功率控制策略,根据系统运行功能需求对控制器做了系统软硬件设计,并对控制器系统结构及控制算法进行了建模仿真研究验证。 第六章介绍了5kW浮力摆式波浪能发电装置原理样机的厂房原理可行性验证试验及双行程全周期做功试验,并根据试验结果对机组整体性能进行了分析及总结。 第七章对本文的研究工作及成果进行了归纳总结,并指出本课题今后进一步的工作内容与研究方向。 【关键词】：波浪能 浮力摆 波浪理论 流固耦合 双行程全周期做功 液压传动 最大能量捕获 功率稳定控制
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：P743.2
【目录】：

• 致谢6-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-14
• 1 绪论14-32
• 1.1 课题研究背景、目的及意义14-19
• 1.1.1 课题研究的背景14-16
• 1.1.2 课题研究的目的及意义16-19
• 1.2 国内外波浪能发电技术进展19-26
• 1.2.1 点吸收式波浪能技术发展及研究现状19-21
• 1.2.2 消耗式波浪能技术发展及研究现状21-22
• 1.2.3 截止式波浪能技术发展及研究现状22-26
• 1.3 浮力摆式波浪能发电装置亟待解决的技术问题26-30
• 1.3.1 浮力摆流体力学特性研究26-27
• 1.3.2 能量传动技术研究27-29
• 1.3.3 功率控制技术研究29
• 1.3.4 安装与维修技术研究29-30
• 1.4 本课题主要研究内容30-32
• 2 浮力摆式波浪能发电装置的基本原理32-48
• 2.1 波浪理论32-38
• 2.1.1 微幅波理论的基本方程32-35
• 2.1.2 平面进行波的势涵数35-36
• 2.1.3 波浪流体质点的运动特性36-38
• 2.2 浮力摆在波浪上的运动理论基础38-45
• 2.2.1 坐标系的选取和运动量的描述38-40
• 2.2.2 边界条件和格林函数40-42
• 2.2.3 浮力摆在波浪上的受力分析42-45
• 2.3 浮力摆式波浪能发电装置工作原理45-48
• 2.3.1 机组结构组成及特点45-46
• 2.3.2 机组工作原理46-48
• 3 浮力摆式波浪能发电装置关键技术研究48-76
• 3.1 浮力摆与波浪的相互耦合作用48-51
• 3.2 浮力摆翼型水动力学特性的数值模拟51-58
• 3.2.1 浮力摆翼型的流固耦合数学模型52-54
• 3.2.2 浮力摆翼型结构参数对水动力学特性的影响54-58
• 3.3 浮力摆翼型设计与计算58-64
• 3.3.1 莫里森方程下总水平波浪力的计算58-60
• 3.3.2 浮力摆翼型结构设计与校核60-64
• 3.4 传动系统方案研究设计64-66
• 3.5 电气系统设计66-76
• 3.5.1 发电机选型66-67
• 3.5.2 负载控制器67-70
• 3.5.3 主控制系统设计70-76
• 4 双行程全周期做功的液压传动系统设计及仿真研究76-97
• 4.1 双行程全周期做功的液压传动控制系统原理76-79
• 4.2 双行程全周期做功的液压传动控制系统组成及元件选型79-85
• 4.2.1 主油路液压元件的计算与选型79-83
• 4.2.2 低压回油路液压元件的计算与选型83-85
• 4.3 液压传动系统的建模及仿真研究85-89
• 4.4 波浪能发电装置稳压恒频及功率稳定的仿真研究89-97
• 5 浮力摆式波浪能发电系统功率控制技术研究97-117
• 5.1 浮力摆式波浪能发电系统运行工况分析97-99
• 5.2 浮力摆式波浪能发电系统结构研究99-101
• 5.3 基于负载控制的最大能量捕获101-109
• 5.3.1 波浪能装置发电机组及其转速控制方式102-105
• 5.3.2 最大能量捕获的功率控制策略105-109
• 5.4 最大能量捕获功率控制系统的仿真与分析109-112
• 5.4.1 发电系统仿真模型的建立109-111
• 5.4.2 仿真结果分析111-112
• 5.5 控制器及软硬件设计112-117
• 5.5.1 控制器系统总体设计112-114
• 5.5.2 最大能量捕获功率控制114
• 5.5.3 蓄电池充电放控制114-115
• 5.5.4 运行保护控制115-117
• 6 浮力摆式波浪能发电装置试验及结果分析117-131
• 6.1 浮力摆式波浪能发电装置气密性试验117
• 6.2 浮力摆式波浪能发电装置单液压缸做功性能试验117-124
• 6.2.1 单液压缸做功灯泡带载原理性试验117-118
• 6.2.2 单液压缸做功定流量性能试验118-119
• 6.2.3 单液压缸做功变系统压力性能试验119-124
• 6.3 浮力摆式波浪能发电装置双液压缸双行程做功性能试验124-131
• 6.3.1 双液压缸双行程做功试验平台的设计与搭建124-125
• 6.3.2 双液压缸双行程做功变系统压力性能试验125-128
• 6.3.3 双液压缸双行程做功变系统流量性能试验128-129
• 6.3.4 双液压缸双行程做功变马达排量性能试验129-131
• 7 结论与展望131-135
• 7.1 全文主要结论131-133
• 7.1.1 论文主要研究内容131-132
• 7.1.2 论文主要创新点132-133
• 7.2 工作展室133-135
• 参考文献135-140
• 攻博期间发表(录用)的论文140

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

基于液压传动的浮力摆式波浪能发电系统稳压恒频控制    鲍经纬;李伟;张大海;林勇刚;刘宏伟;

浮摆式波能发电装置摆板系统的优化探讨    曲泉铀;何宏舟;

浮力摆式波浪能发电装置运动学仿真分析    李威;潘卫明;杨戈尔;刘靖飙;

摆式波浪能发电装置水动力学研究    李松剑;潘卫明;刘靖飙;顾根香;李威;

摆式波能转换装置研究    邱守强

浮力摆式波浪能发电装置仿真与实验研究    黄炜

一种新型摆式波浪发电装置的研制    邓启平

浮体绳轮波浪发电装置传动系统研究    商圣勇

基于海上风浪互补发电的液压系统研究    王向志

带波浪模拟的浮力摆式波浪能发电装置的试验研究    齐家龙

振荡浮子的实验研究    张向阳

浮体绳轮波浪发电装置结构形状试验研究    杨泽

1.5MW双馈式变速恒频风电机组控制系统研究    李建林;许洪华;邵桂平;

变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制    刘其辉,贺益康,赵仁德

基于波浪能的蓄能稳压独立发电系统仿真    吴必军;邓赞高;游亚戈;

波浪能独立稳定发电自动控制系统    吴必军;游亚戈;马玉久;李春林;

基于液压传动的海流能蓄能稳压发电系统仿真    张大海;李伟;林勇刚;应有;杨灿军;

海流能发电装置功率控制技术研究    应有;李伟;刘宏伟;林勇刚;

我国海洋能产业状况    游亚戈;

基于COMSOL Multiphysics的二次燃烧炉设计    

海水液压传动技术及其在海洋开发中的应用    杨曙东,李壮云

摆式波力电站中几个重要参数的设计    李继刚

采用蓄能器的液压电梯变频节能控制系统研究    徐兵

应用时域格林函数方法模拟有限水深中波浪对结构物的作用    韩凌

液压电梯闭式回路节能型电液控制系统研究    林建杰

波浪与浮式结构物相互作用的研究    郑艳娜

波浪与建筑物作用的数学模型研究与应用    谷汉斌

大型并网风力发电机组控制算法研究    叶杭冶

水平轴海流能发电机械关键技术研究    刘宏伟

舰船在波浪中运动的水动力数值计算方法研究    张国庆

振荡浮子式波能转换装置性能的研究    平丽

离网型风力发电机组的控制技术研究    齐发

变频闭式液压动力系统的设计及应用研究    黄方平

一种新型漂浮式波浪发电系统研究    范航宇

振荡浮子式波能转换装置性能的实验研究    李仕成

独立运行小型风力发电系统负载跟踪和充放电集成控制    赵强

海洋要素垂直剖面测量系统控制电路研究    郝菁

独立运行光伏发电系统功率控制研究    春兰

独立运行小型风力发电系统功率控制技术研究    房泽平

改性聚丙烯塑料贮槽有限元计算及强度校核    胡国栋;常春梅;吴学纲;张金伟;王永卫;

光纤针头座注塑模具设计    付宏生;沈建新;刘华刚;

Morison方程中动水阻力项对桥梁桩柱地震反应的影响    赖伟;郑铁华;雷勇;

新型铁水预处理测温取样装置的研制    金洪廉;金海林;

复合式波浪能捕获机构设计研究    邓庆;宋瑞银;孙科成;张向阳;蔡炳清;

马钢CCPP机组三菱发电机定子更换方案的优化    王成舟;

机构创新设计在型面联接中应用研究    贾文友;刘莉;王幼民;

无刷直流方波电机控制系统的计算机仿真    李先祥

一种新型冰箱内胆自动切边机的开发    张建国;鲁炜;吕健;

履带式行走装置用组合式驱动轮设计    张曦;

设计4100mm轧机弯辊块更换工具提高设备检修效率    郭建卫;张飞;

我国高原地区风力发电研究    缪江豫;邢瑞鹏;

电动汽车导轨式电池快速更换结构设计    李博;

电动汽车导轨式电池快速更换结构设计    李博;

基于模糊逻辑的变速恒频风电系统最大风能追踪控制    肖运启;徐大平;吕跃刚;

基于闭环增益成形的风力发电转速鲁棒控制    赵林坤;樊绍胜;

自抗扰控制技术在变速恒频双馈风力发电系统中的应用    周雪松;李超;马幼捷;李季;于阳;

积分模糊滑模控制在变速风力发电机组中的应用    杨锡运;刘欣然;

基于状态观测器的风力发电系统无速度传感器控制    任丽娜;刘福才;焦晓红;

掘进机负荷传感液压系统优缺点的研究分析    章鑫;

基于G-N理论的三维非线性水波数值模拟方法研究    赵彬彬

不规则波中浮体二阶水动力时域数值模拟    徐刚

船舶波浪载荷的三维水弹性分析方法研究    李辉

碟形越浪式波能发电装置的水动力性能研究    黄燕

海底管线的冲刷与导流防护技术研究    韩艳

分布式电源的概率建模及其对电力系统的影响    王敏

无刷双馈电机建模及智能控制策略研究    邵宗凯

变速恒频风力发电系统故障特性与保护技术研究    撖奥洋

国家石油储备基地运行管理研究    朱根民

风能转换系统的分析、控制与优化方法研究    吴定会

基于DSP+FPGA的永磁同步电动机伺服驱动器研究    凌刚

Φ800mm通光口径纹影系统结构分析与设计    孙威

液压混合动力汽车能量再生系统特性仿真研究    邵建桥

水刺头供水管网液流脉动特性研究    张智慧

船舶能效设计中若干耐波性影响因素研究    刘亮

半潜式海洋潮流电站系统性能研究    李在鹏

浮子式波浪发电装置设计及其功率特性研究    孟扬

深水浮式结构动力定位能力动态分析    乔晓国

LNG船运动与载荷计算方法研究    郭宇

基于Rankine源法舰船有航速时域三维波浪载荷计算    王伟飞

波浪对船舶非线性横摇阻尼的影响    李远林,吴家鸣,王冬姣

Hydrodynamic Forces and Instability of Submarine Pipelines Under Waves and Currents:A Review    赵冬岩;周雷;何宁;王凤云;

基于波浪能的蓄能稳压独立发电系统仿真    吴必军;邓赞高;游亚戈;

波浪能独立稳定发电自动控制系统    吴必军;游亚戈;马玉久;李春林;

基于液压传动的海流能蓄能稳压发电系统仿真    张大海;李伟;林勇刚;应有;杨灿军;

海洋能发电技术的发展现状与前景    游亚戈;李伟;刘伟民;李晓英;吴峰;

基于液压传动的蓄能稳压浮力摆式波浪能发电系统分析    鲍经纬;李伟;张大海;林勇刚;刘宏伟;石茂顺;

国内外海洋能技术的发展与展望    

摆式波浪能发电技术研究    张文喜;叶家玮;

浅议当今世界海洋发电的发展趋势    杜文朋,包凤英,戴哈莉

摆式波浪发电系统建模与功率控制关键技术研究    肖文平

液压二次调节惯性负载系统控制及节能特性研究    何龙

参数可变液压蓄能器研究    权凌霄

波浪能转换装置设计与仿真研究    张文喜

基于ANSYS Workbench的精冲模具-压力机一体化结构分析    周雅

振荡浮子式波能转换装置性能的研究    平丽

基于管路效应的皮囊式蓄能器数学模型与实验研究    权凌霄

一种新型漂浮式波浪发电系统研究    范航宇

振荡浮子式波能转换装置性能的实验研究    李仕成

交流液压冲击系统动态特性的理论分析    蒋苗苗

海流能发电装置电液控制系统研究    应有

海洋浮子式波浪发电装置结构设计及试验研究    王凌宇

应用二次调节技术的大惯性柔性负载牵引系统特性研究    贾炎

变频器技术在注塑机上的应用    牟文杰,吴舜英

支持向量机增量学习算法研究    李凯,黄厚宽

基于AMEsim的双压力柱塞泵的数字建模与热分析    卢宁;付永领;孙新学;

潜体波浪中近水面不同潜深和航向时运动和波浪力计算    冯学知,蒋强强,缪泉明,匡晓峰

三维分布源法中面元流体力的积分    宋竞正,段文洋,邹元杰,秦洪德

极限海况下浮标运动及锚链受力估算    缪泉明,顾民,杨占明,刘楚学

考虑浮体弹性变形的锚泊系统分析方法    付世晓,范菊,陈徐均,崔维成

三维锚泊系统时域计算分析    肖越,王言英

关于快速脉冲充电技术的研究    刘玉杰,姜印平,孟祥适

阀控铅酸蓄电池发展现状    马洪斌

太阳能光伏并网发电系统的研究    赵为

变速恒频风力发电关键技术研究    卞松江

独立光伏系统中蓄电池管理的研究    欧阳名三

光伏阵列故障状态的识别研究    王培珍

变速恒频风力发电系统运行与控制研究    刘其辉

单相光伏并网系统的分析与研究    王飞

风/光互补混合发电系统优化设计    李爽

独立运行风/光互补电站控制监测系统的研究    定世攀

中国风力发电成本研究    郭全英

变速恒频双馈风力发电机控制系统研究    唐勇

独立运行光伏发电系统控制器的研究与设计    王超

海床基动力要素综合自动监测系统中央控制单元的研制    贾英杰

基于MPPT的光伏电池电力应用系统的研究与设计    朱腾

独立光伏发电的自动跟踪系统    刘莫尘

光伏发电用DC/DC变换器的研究    汪令祥

太阳能光伏发电系统的研究    孔娟

波浪能利用的发展与前景    刘美琴;郑源;赵振宙;仲颖;

IPS波浪发电实验模型的建立    肖文平;

海洋波浪能发电技术的发展与应用    沈利生;张育宾;

能源与环保    

波浪能发电装置的研究    岳文艳;张友恒;

21世纪的新能源——海洋能    周善元

全球海洋波浪能的开发和利用    李桂香

东南西北    

科苑纪事    

海洋——巨大的能源宝库    林佳

立足静水层利用离岸波浪能发电的方法    陈传文;

海洋波浪能发电技术现状与前景    游亚戈;盛松伟;吴必军;

波浪能发电中水平阻尼板的实验和二维数值模拟    刁向红;吴必军;

底绞摇板式波浪能发电装置水动力性能的频域解    赵海涛;沈家法;宁德志;韦燕机;

对摆式波能发电装置与波浪耦合作用数值模拟    田育丰;黄焱;史庆增;

低水头水轮机性能的试验研究    史宏达;王智强;刘娅君;

波浪能技术发展历程及应用现状    李永国;陈成明;

我国海洋波浪能技术发展建议    游亚戈;吴必军;盛松伟;冯波;张亚群;王坤林;

波浪能发电“很潮”“很给力”    见习记者 丁乐平　记者 汪坚

利用波浪能发电    张蕊

波浪能发电前景广阔    盛长峰

浪打打太阳晒晒,来电了    陈叶绿　陈小敏

英国未来20年的六大技术前瞻领域    侯国清

世界首座波浪能电站有望年底投产    本报记者 陈萌

汕尾将建世界首座波浪能电站    

ABB集团：“追风逐浪”投资可再生能源    本报记者 陈颐

中山海洋经济扬威海博会    记者 赖有生 通讯员 梁锦秋

海洋——人类未来的能源库    张秋旭

浮力摆式波浪能发电装置关键技术研究    张大海

振荡浮子式波浪能发电装置水动力性能研究    彭建军

海洋能多能互补智能供电系统总体开发方案研究及应用    邵萌

振荡浮子式波浪发电装置的水动力学特性研究    马哲

浮力摆式波浪能发电装置仿真与实验研究    黄炜

振荡浮子式波浪能发电设备传动系统的可靠性研究    艾显著

带波浪模拟的浮力摆式波浪能发电装置的试验研究    齐家龙

振荡浮子的实验研究    张向阳

基于STM32的波浪能发电装置离岸监测系统设计    赵帅帅

小型波浪能发电装置及其电能管理系统的研究    袁晓东

小型波浪能发电装置的电能变换系统设计研究    贾红杰

一种波浪压电发电装置的研究    熊叶胜

振荡浮子式波浪能发电装置浮子的水动力学仿真    孙玉健

振荡浮子式波浪能采集系统的仿真及实验研究    刘莎莎