多点直驱式波浪能发电监控系统设计与开发

【摘要】：我国具有广阔的海岸线，储藏着丰富的海洋能资源。已经出台的《国家“十二五”海洋科学和技术发展规划纲要》提出对海洋经济的贡献率要由“十一五”时期的54.5%上升到60%。对海洋能源的研究日益增多，海洋能作为一种清洁能源，不仅种类繁多，而且储量丰富。现在有许多国家正在对海洋的能量转化进行研究，波浪能是海洋能源之一，是海洋能中分布最广泛的，没有地域限制的一种能源，已经开发用来发电，但是由于海洋环境复杂多变，波浪高度变化剧烈，如何利用波浪能持久高效地发电成为一个难题。另外，对波能发电系统控制策略和监控系统设计开发的研究还有待完善。 在国家海洋局可再生能源基金项目（项目编号：XMME2011BL02）和国家自然科学基金项目（项目编号：51209104）的支持下，项目组已独立设计完成了一套波浪发电装置，搭建了多点直驱式波浪能发电半物理仿真实验样机。在本文中，主要针对该实验样机的特点和功能，进行了系统运行机理的仿真分析，研究了恒转速控制策略，搭建了智能监控系统、并进行了实验数据的统计分析。主要研究内容包括： （1）建立了多点直驱式波浪能发电系统的仿真模型，包括有波浪模型、振荡浮子模型、发电机模型、机械传递系统模型及电气负载模型等。最后对系统的整体模型进行了仿真分析。 （2）模拟实现了规则波和非规则波浪能的输入，结合波浪能发电系统的特性，利用模糊自适应整定PID控制，实现了波浪能发电系统的恒转速运行模拟仿真。 （3）对该系统的智能监控系统进行了设计与开发。由西门子S7-200作为下位机，系统上位机监控层采用组态王提供逼真的人机交互界面，实现了对半物理仿真实验样机的的运行状态的实时监测与控制。 （4）完成了半物理仿真实验样机的实验数据采集和分析。通过对变频器频率的控制实现液压缸的上下运动，模拟波浪的运动。设定5种实验方案，并得到了各方案下总输入功率、总输出功率、输出电流和输出电压等实验数据。 （5）完成了波浪浪潮仪监控硬件与软件的设计与开发。对浪潮仪采集器的方案进行了设计，选择了数据采集卡型号，通过编写上位机采集程序实现了波浪波高、波周期等参数的实时测量，并进行了造波水槽实验。 【关键词】：波浪能发电 多点直驱式 监控系统 模糊PID
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM612
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题的研究背景及研究意义9
• 1.2 国内外波浪能发电系统的原理9-10
• 1.3 波能发电控制方法的研究现状10-11
• 1.4 波浪能发电监控系统设计与开发的研究现状11-13
• 1.5 主要研究内容13-15
• 第2章 多点直驱式波浪能发电系统的仿真分析15-25
• 2.1 发电系统的结构和原理15
• 2.2 发电系统的整体仿真15-23
• 2.2.1 波浪模型16-20
• 2.2.2 振荡浮子模型20-21
• 2.2.3 传动系统模型21
• 2.2.4 发电机模型21-22
• 2.2.5 电气负载模型22-23
• 2.2.6 整体模型23
• 2.3 仿真分析23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 基于模糊自整定 PID 控制的恒转速控制仿真分析25-32
• 3.1 模糊自整定 PID 控制基本原理25
• 3.2 模糊自整定 PID 规则表25-27
• 3.3 模糊自整定 PID 控制器设计27-29
• 3.3.1 系统的输入输出变量27
• 3.3.2 模糊控制器的设计27-29
• 3.4 不同波况下的恒转速控制仿真分析29-31
• 3.4.1 规则波下的仿真分析29-30
• 3.4.2 不规则波下的仿真分析30-31
• 3.5 本章小结31-32
• 第4章 多点直驱式波浪能发电监控系统的设计32-41
• 4.1 实验室半物理仿真平台32-33
• 4.2 仿真平台监控系统的硬件设计33-35
• 4.3 仿真平台监控系统的软件设计35-40
• 4.4 本章小结40-41
• 第5章 实验室半物理仿真平台实验及数据分析41-52
• 5.1 实验目的41
• 5.2 实验步骤41-42
• 5.3 实验方案42
• 5.4 实验结论与分析42-51
• 5.4.1 液电推杆停止运行，利用辅助电动机带动发电42-43
• 5.4.2 定频率，定行程，变负载实验43-46
• 5.4.3 定行程，定负载，变频率实验46-48
• 5.4.4 定行程，定负载，定频率，变液电推杆运行台数48-50
• 5.4.5 定行程，定负载，各台液电推杆不同频率实验50-51
• 5.5 本章小结51-52
• 第6章 浪潮监测系统的设计与开发52-59
• 6.1 浪潮监测系统原理52-53
• 6.2 浪潮监测系统硬件结构设计53-54
• 6.3 浪潮监测系统软件开发54-56
• 6.4 造波水槽实验及分析56-58
• 6.5 本章小结58-59
• 第7章 结论及展望59-61
• 7.1 全文的主要结论59
• 7.2 工作展望59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-65
• 在学期间发表的学术论文65

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