基于模糊逻辑的直驱式海浪发电系统最大功率跟踪控制

针对传统扰动观察法在海浪发电系统应用中存在响应速度慢和最大功率点附近振荡等问题,提出基于模糊逻辑控制的最大功率跟踪控制算法,实现海浪发电系统最大功率跟踪.以永磁同步直线电机作为海浪发电机,建立发电机数学模型;在规则海浪激励下,建立发电系统动力学模型,分析发电机输出功率与发电系统阻尼之间的相关特性.在Matlab/Sim...     

浮筒式海浪发电机理研究

提出一种将变参数海浪的动能转化成电能的海浪发电方法,海浪向上推(举)浮筒,用机械传动将动能传动到发电机,采用面接触离合器及数字控制方法,估算出系统发电总效率为0.81,是现有振荡水柱法发电效率的5倍。     

水平轴螺旋桨式海流能发电装置模型分析及试验研究

以5kW级水平轴螺旋桨式海流能发电装置为原型,通过计算流体力学理论及流固耦合仿真技术研究了叶片的动力学特征,并利用叶元理论及分段求解的方法计算叶轮的驱动力矩;其次建立发电机模型并就该离网型发电系统中电流控制对机组最大功率捕获的影响进行分析研究;最后利用Matlab/Simulink搭建水平轴螺旋桨式海流能发电系统整机模型并进行仿真,仿真结果与试验结果相对比论证了模型的合理性,并进一步表明通过电流控制可以提高低流速时的能量捕获效率.     

新型振荡浮体式并联海浪发电装置的设计与分析

运用并联机构型综合理论GF集设计出一种新型的并联海浪发电装置,利用线性微幅波理论和弗汝德-克雷洛夫假定法,建立垂直圆柱形浮体在海浪作用下的动态响应模型,求解出一定海洋环境下浮体的垂荡运动和摆动的规律,并对海浪发电装置机构运动学特性进行分析,求解出用于能量转换的6条并联液压缸的伸缩位移曲线.     

摆式振荡水翼的水动力性能分析

基于传统振荡水翼运动模型提出一种适用于垂直轴振荡水翼潮流能发电装置的摆式运动模型,并建立相应的数学模型。利用流体动力学软件Fluent软件建立该运动模型的网格模型,分析翼型NACA0015在不同运动参数下的水动力性能及能量捕获效率,并从水翼在运动过程中攻角的变化和漩涡结构方面分析振荡频率和俯仰振幅对水翼水动力性能的影响。结果表明,在小的振荡频率下,水翼的升沉振幅是影响能量提取效率的主要因素,随着频率的增加,升沉振幅对能量提取效率的影响减弱;在较大的频率下,俯仰振幅对水翼能量提取效率的影响更为明显。在适当的运动参数下,水流动能转化为水翼动能的效率可达30%。     

圆柱体涡激振动海流能捕获效率影响参数分析

圆柱体涡激振动发电装置是一种在浅海低流速条件下,利用涡激振动效应高效捕获海流能的设备,为了在不同海况下均能高效地捕获能量,有必要对获能原理和影响获能效率的参数进行分析。结合质量弹簧阻尼振子模型,在时间上对功率积分,建立柱体涡激振动获能效率公式,得到影响效率的参数;通过数值模拟,结合效率公式,对约化速度、阻尼比和质量比进行讨论,发现在约化速度Ur=12.5、阻尼比系数ξsystem=0.081、质量比m*=1.48的条件下,获能效率最大。     

串联直驱浮子式波浪能发电装置能量捕获研究

以振荡浮子式波浪能发电装置为研究对象,探讨在串联不同数量直线发电机的情况下装置在规则波中的能量捕获情况。基于势流理论,并考虑垂荡运动,建立浮子与电机的耦合运动方程,应用四阶龙格库塔法数值求解,得到能量捕获宽度比,并对能量输出系统质量比和弹簧刚度系数的影响进行研究,对串联不同数量直线发电机情况下能量捕获的差异进行分析。结果表明:适当选取参数,串联装置可在波浪频率较低时比单个发电机的装置捕获更多能量,同时能量吸收频谱带宽增加。     

基于AMESim的海流能发电装置液压传动系统的建模与仿真

通过对海流能发电装置液压传动系统的研究,建立了系统主要模块的数学模型,并基于AMESim软件平台构建了海流能发电装置液压传动系统的仿真模型,在Matlab/Simulink中设计了控制器模型,进行了联合仿真。联合仿真结果表明:采用容积调速控制可以实现海流能发电装置的变速恒频控制,从而实现能量的最大捕获和输出功率稳定。     

压缩空气储能系统分析及多目标优化

为解决压缩空气储能系统热力学性能与经济学性能相互制约的问题,本文同时考虑热力学性能与经济学性能对系统进行优化.首先建立了系统的热力学模型和经济学模型,研究了关键节点参数对系统性能的影响规律,在此基础上以热力学评价指标能量效率和经济性评价指标单位能量成本为目标函数对系统进行多目标优化.研究结果表明:增大膨胀比、提高透平入口温度能够提高系统效率、降低发电成本;系统最佳运行工况条件下,能量效率可达55.12％,单位能量成本为396.60$/kW.     

水泥窑余热发电技术的分析及优化

以新型干法水泥生产过程中产生的废气为热源,建立了3种常规余热发电系统模型,分析了采用单压、双压、闪蒸系统回收水泥生产余热的性能.采用遗传算法对各种余热发电系统进行优化,得出了循环系统对外输出的最大功率及最优参数.研究了热力参数对系统性能影响的规律.对各种余热发电系统进行了分析,指出了提高炯效率的方向.结论:在给定的余热条件下,双压系统对外输出功率最大,具有最大发电量;采取措施减少余热锅炉中的不可逆损失,可以大大提高余热发电系统的性能.     

基于FFT的直驱式波浪发电系统功率优化控制

针对实际波浪的不规则性、扰动性以及滑模变结构控制中存在明显抖振和开关动作产生高频纹波问题,采用快速傅里叶变换对波浪激励力进行频谱分析。通过矢量叠加原理构造最大波浪能捕获策略,建立直驱式波浪发电系统模型。采用自适应快速终端滑模变结构控制方法实现最优功率状态跟踪控制,提高抗干扰性和实现限时收敛,同时利用卡尔曼滤波滤除纹波和减少抖振,结合Lyapunov函数分析系统稳定性。仿真结果表明,快速傅里叶变换(FFT)可满足未知不规则波浪的功率最优跟踪要求,所提滑模控制方法可实现快速跟踪,准确跟随,鲁棒性强。     

基于Rife法的波浪发电RBF神经网络功率优化控制

为提高不规则海况下直驱式波浪发电系统的功率捕获能力,通过建立水动力模型及直线电机模型,分析等效模拟电路共振状态,构造最优功率捕获条件;针对波浪工作环境强噪声干扰问题,采用Rife法获取波浪主导激励分量,设置等效阻尼系数,计算q轴最优期望电流跟踪值;通过设计径向基函数（RBF）神经网络PI控制,提高等效控制电流信号的跟踪精度,改善系统动态性能。仿真结果表明,所提策略对含强噪声干扰的波浪信号主频段幅值和频率预估精度高,跟踪期望电流效果好,鲁棒性强,系统输出功率优化效果显著。     

Development of a novel point absorber in heave for wave energy conversion

This paper presents an advanced design methodology for electric power generation from the vast ocean wave energy. A novel single-buoy heaving device called wave energy converter (WEC) based on hydrostatic transmission (HST), or can be shortened as HSTWEC, is proposed to convert mechanical energy generated by ocean waves into electric energy. Modeling and simulations with both regular and irregular waves were then carried out to investigate working performances of the designed HSTWEC. The results showed that more than 78% of wave energy can be absorbed. In addition, an adaptive controller was designed to improve the performance of the suggested device. Effectiveness of the overall HSTWEC control system was finally proved by simulations.     

基于傅氏分析和改进灰狼算法的波浪发电系统最大功率点跟踪

为实现海洋波浪发电系统输出功率优化控制,提出傅氏分析法优化的改进灰狼算法。在保留灰狼优化算法最本质特征基础上,增加全新的精英狼搜索策略和狼群整体展开策略,优化包围圈形成策略、狼群搜索猎物方式和狼群结构,确保改进灰狼算法能避免因浮子水动力非线性陷入局部最优。引入傅氏分析法分解海洋入射波和电机运动部件响应,对浮子捕获频率范围内的每个波浪分量,使用改进灰狼算法求解对应的最佳电机控制参数,最大限度地捕获其携带的功率。仿真表明,输入不同模拟海洋入射波时,基于傅氏分析法和改进灰狼算法,可有效实现振荡浮子式波浪发电系统的最大功率点跟踪。     

基于改进粒子群优化神经网络算法的波浪捕获功率预测

传统BP神经网络算法应用于波浪发电系统捕获功率预测,易陷入局部最优和泛化能力不足,为此提出一种改进的粒子群优化神经网络算法,动态调整学习因子并添加变异算子。采用间接预测策略,搭建从波浪数据到波浪捕获功率的直驱式波浪发电系统模型;应用改进算法预测分析波浪历史数据,输入搭建模型,进而获得波浪捕获功率预测值。比较分析不同预测步数和不同算法的仿真结果可知,改进算法能有效克服传统算法不足,提高预测精度。     

直驱式波浪发电系统无源-滑模控制策略

针对不规则波输入激励工况下的直驱式波浪发电系统,提出一类无源-滑模控制策略。利用双线性幅度法计算不规则波浪主频,结合波能捕获策略得到期望跟踪曲线,设计无源控制器实时跟踪期望曲线;为削减外部扰动影响并提高系统稳定性,在保证系统无源下引入滑模控制策略。采用扩张状态观测器代替速度传感器,辨识动子速度。仿真结果表明：双线性幅度法能预估不规则波浪主频,扩张状态观测器观测到的速度误差小,所提控制方案能快速响应期望电流变化,准确跟踪期望曲线,鲁棒性强。     

一种多浮体铰接式波浪能装置的运动分析与俘获特性研究

基于线性势流理论，利用总模态法对多浮体铰接波浪能装置“海星号”在波浪中的运动开展水动力学系数计算；然后基于矢量力学建立多浮体刚体运动学方程，并结合几何约束条件开展动态响应计算，获得最优俘获效率和最优负载阻尼；最后比较并分析“海星”波浪能装置的多浮体俘获效率，获得“海星”多浮体做功的俘获特性。研究表明：“海星”波浪能装置的多浮体四向迎波设计可拓宽装置最优俘获频带宽度，提高装置整体俘获效率；正向迎波与背向迎波俘获波浪能方式相比，小周期情况下，正向吸波浮体俘获效率较高，随着周期增大，正向吸波浮体俘获效率开始降低，背向吸波浮体俘获效率开始增大，极大周期情况下，正向吸波浮体和背向吸波浮体俘获效率趋于一致且趋近于零。     

筏式波浪能发电装置锁定控制参数影响研究

以筏式波浪能发电装置为研究对象,研究锁定控制响应时间常数、名义锁定阻尼系数和发电系统俘能阻尼系数对锁定控制的影响.结果表明:响应时间常数会影响装置对波浪能的俘获,响应时间常数越小,装置的平均俘获功率越大;名义锁定阻尼系数与俘能阻尼系数之比越大,锁定控制的效果越好,且有锁定控制与无锁定控制的平均俘获功率之比越大;锁定控制...     

A novel direct-drive ocean wave energy extraction concept with contact-less force transmission system

This paper describes the design and testing of a new rotary direct-drive ocean wave energy extraction system. The device employs a contact-less force transmission system (CFTS) to couple a float to the power take-off (PTO) mechanism made up of a ball screw, unidirectional clutch and a permanent magnet generator. Comprehensive simulation, design and testing of both the force transmission system and the ocean energy extraction system are presented along with preliminary wave flume test results of the buoy in irregular waves.     

基于遗传算法的二自由度波浪能装置阵列优化

针对浮子式波浪能装置阵列发电效率提升问题,采用遗传算法对一种二自由度浮子式波浪能发电装置阵列进行优化排布。首先介绍二自由度波浪能发电装置及其阵列数学模型;然后开展二自由度装置阵列优化模型的构建及其遗传算法求解研究;接着对100 m×100 m海域范围内分别开展2、3、5个装置阵列的排布优化计算,并对2个装置阵列的优化结果进行验证,分析波浪能装置阵列影响因子q增大的机理;计算结果表明遗传算法能有效优化二自由度装置阵列排布,增强阵列中各装置之间的相互作用,提升波浪能装置阵列发电效率。