海流能发电机组叶轮模拟及负载特性研究

【摘要】：当前,能源危机和传统能源使用过程中的环境污染问题正引起越来越多人的关注。开发利用可再生的清洁能源是解决以上问题的一个重要途径。由于海流能具有储量丰富、受天气影响小、能量密度高等优点,海流能发电技术正成为国内外的研究热点,近年来得到了快速的发展。前期的实验室内探索研究对于海流能发电技术在工业上的推广应用具有重要意义。本文基于为实验提供方便,降低实验成本的考虑,设计并试验了海流能发电机组叶轮模拟装置,并对机组的负载进行了理论分析和仿真研究。第一章归纳并总结了国内外海流能发电装备的研究进展,着重介绍了叶轮模拟装置的研究现状。基于此提出了本文的研究内容和研究意义。第二章在介绍海流能发电装置总体结构的基础上,对叶轮的特性进行了理论研究。从微观角度分析了叶片的受力情况,从宏观角度研究了叶轮的捕能特性。此外,还分析了叶轮负载的结构,着重于研究蓄电池的充电方法及其控制过程。设计了分阶段充电的蓄电池充电策略。第三章进行了叶轮模拟系统的具体设计。包括元件的选型,电气连线图的绘制和软件设计等。其中软件设计部分包括基于LabVIEW的上位机程序编写以及基于PLC的下位机控制程序编写。第四章对海流能发电装置的负载特性进行了仿真研究。在MATLAB/Simulink中搭建了负载模型。分别分析了恒流速下和实际流速下的叶轮负载情况。第五章进行了叶轮负载特性和叶轮模拟装置的实验研究。详细介绍了基于理论设计搭建的实际叶轮模拟系统,对实验时附加的液压传动系统及电气负载做了说明。分别在阶跃流速、正弦流速和实际流速下展开了实验,并试验研究了负载电阻变化时叶轮模拟装置的输出情况。实验结果证明所设计的叶轮模拟装置可有效模拟理论值。第六章对本文所做的工作进行了总结,并提出了课题后续的研究方向。 【关键词】：海流能发电装置 叶轮模拟 分阶段充电 叶轮负载
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM31
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 选题背景及研究意义11-14
• 1.1.1 选题背景11-13
• 1.1.2 研究意义13-14
• 1.2 课题国内外研究现状14-21
• 1.2.1 海流能发电技术的研究现状14-18
• 1.2.2 叶轮模拟装置研究现状18-21
• 1.3 研究内容21
• 1.4 本章小结21-22
• 2 海流能发电装置系统分析与理论研究22-32
• 2.1 海流能发电装置系统结构22-23
• 2.2 叶轮特性理论研究23-27
• 2.2.1 叶素理论23-25
• 2.2.2 叶轮捕能特性25-27
• 2.3 海流能发电装置叶轮负载分析27-31
• 2.3.1 海流能发电装置叶轮负载构成27-28
• 2.3.2 蓄电池充电策略及其特性28-30
• 2.3.3 蓄电池充电控制电路分析30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3 叶轮模拟系统设计32-47
• 3.1 系统概述32-33
• 3.2 选型设计33-38
• 3.2.1 主要元件选型33-38
• 3.2.2 电气设计38
• 3.3 软件设计38-46
• 3.3.1 通信设置38-39
• 3.3.2 上位机程序39-42
• 3.3.3 下位机PLC程序42-46
• 3.4 本章小结46-47
• 4 海流能发电装置负载特性分析47-68
• 4.1 负载模型搭建47-55
• 4.1.1 叶轮捕能系数获取47-50
• 4.1.2 叶轮模型50-51
• 4.1.3 发电机与电气负载模型51-55
• 4.2 负载特性仿真分析55-67
• 4.2.1 整体模型介绍与分析项目55-56
• 4.2.2 恒流速情况叶轮负载分析56-62
• 4.2.3 实际流速情况叶轮负载分析62-67
• 4.3 本章小结67-68
• 5 实验研究68-85
• 5.1 负载特性实验研究68-73
• 5.1.1 实验说明68-69
• 5.1.2 实验结果与仿真结果对比69-73
• 5.2 叶轮模拟装置实验研究73-77
• 5.2.1 实验装置介绍73-77
• 5.3 实验结果及分析77-83
• 5.4 本章小结83-85
• 6 总结与展望85-87
• 6.1 课题及论文总结85-86
• 6.2 工作展望86-87
• 参考文献87-89

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