2 kW波力发电液压动力输出系统设计和仿真分析

动力输出（PTO）系统是波浪能转换装置（WEC）的重要组成部分。提出一种新型波力发电液压PTO系统,该系统在典型液压PTO系统的基础上增设了调速阀和溢流阀,用于调节工作流量和输出功率。由此设计了2 kW波力发电液压PTO系统,并在AMESim中仿真分析系统可行性。结果表明：设计波况下,该PTO系统能够连续、稳定地输出2 kW电功率,蓄能器稳压稳流作用明显,补油箱能及时补油并保持油压流量稳定,单向阀可实现“整流”;大波况下,通过调速阀节流,溢流阀排泄多余流量,该PTO系统能够维持2 kW功率输出。仿真表明,该波力发电液压PTO系统可行。     

基于电磁感应的OWC波能发电装置模型的设计与试验

为了缓解我国能源消费压力及合理调整可再生清洁能源于能源消费结构中的比重,结合开发利用波浪能的思路,提出了一种直接采用电磁感应式发电机作为发电系统的OWC波能发电装置,并设计及制作实际模型用于试验测定。通过物理模型试验,探讨及验证了电磁感应及OWC原理应用于波能发电装置设计的可行性。试验结果表明:在试验水槽造波稳定的情况下,本波能发电装置将撷取波浪能转化为电能输出的波形在时域呈现一定周期性,且其周期与试验水槽造波周期相近,两者具有一定关联性;而输出波形大小与铷磁铁运动速度成正相关。同时,本装置结构设计简单,在新型波能发电装置设计研究领域上具有可观前景。     

振荡水柱驱动介电弹性体采集能量多种循环分析

介电弹性体是一种超弹性绝缘材料,薄膜上下表面敷上电极,其发电过程相当于可变电容。将振荡水柱波浪能转换装置与介电弹性体相结合,利用介电弹性体的电容行为将机械应变能转换为电能,所产生的电能主要取决于系统结构和介电弹性体材料参数以及所使用的能量收集循环模式。基于线性波和势流理论、流体动力学理论建立波浪驱动介电弹性体电弹性形变发电模型,分析振荡水柱式波浪能转换装置气室内空气压强驱动介电弹性体形变和由此引起电容变化情况。应用介电弹性体发电理论分析恒电荷、恒电压、恒电场3种能量收集循环模式对振荡水柱波浪能采集发电特性的影响,结果表明:介电弹性体材料的输出能量随着波浪周期、振幅的增大而增大,随着振荡水柱气室放置处水深和前墙开口的增大而增大,随着介电弹性体薄膜的半径增大而增大,随着薄膜厚度的增大而减小;在恒电场发电方式下,介电弹性体能够产生最大能量。     

波浪能发电控制技术研究综述

开展波浪能发电技术控制方面的研究可有效平抑电力输出的波动性,显著提升电能质量,对充分利用波浪能具有积极意义。为了让研究人员全面了解当前的研究水平和未来研究方向,对近年来国内外波浪能发电系统控制技术的研究情况进行了梳理和总结。基于国内外波浪能发电控制技术的研究成果,对波浪能发电控制技术的分布情况及热点问题进行分析;以波浪能发电装置安装位置、波浪能能量转换方式、功率输出方式为分类依据,对波浪能发电系统进行介绍;以最大功率点跟踪控制和电能质量控制为线索对波浪能发电控制技术进行分类,对控制原理、技术特点和应用情况进行对比分析。最后,对该领域后续的研究方向进行探讨和展望。该研究成果能为波浪能发电的高效转换和稳定输出控制研究提供参考。     

中国石油大学(华东):新型波浪能双向式高效捕能发电装置

正作品介绍目前多数捕能装置只能收集波浪水平或者竖直一个方面的能量,现有的振荡水柱式装置发电效率较低;聚波水库式装置对地形要求过高,适用性不强;摆式装置对于波浪能的吸收很低;抛锚系泊式装置定位困难,捕能效率易受影响。此外,多数捕能装置不能根据波浪方向及时调整,极大地影响了海洋波浪的捕能效率。本项目提出的新型波浪能双向式高效捕能发电     

液压式波浪能发电装置日电能输出量预测

波浪能的随机性、波浪能发电装置的不同类型,均对波浪能发电装置的发电能力产生了重要影响,准确预测波浪能发电装置的电能输出对电力调度控制带来极大便利。基于波浪能发电装置的分类和原理,分析了液压式波浪能发电装置的能量转换过程,建立了装置输出功率的预测模型,推导了具体模型参数。在此基础上,以鹰式“万山号”为实例确定了预测模型,并用实海况试验数据验证了该预测模型的准确性和预测方法的有效性。     

基于风浪和灰色模型的波浪能发电系统输出功率短期预测

波浪能具有随机波动性,会对波浪能发电并网以及电力系统的安全稳定产生重要影响,准确预测波浪能可为电力调度控制带来极大便利。提出基于风-浪和灰色模型的波浪能发电系统功率预测方法,在波功率历史数据不足或缺省的情况下,能够依据风浪相关性及风速历史数据有效预测波浪功率。首先分析了风与波浪的相关性和时延特性,建立风-浪经验模型对波高进行短期预测,并利用灰色GM(1,1)模型对波浪短期预测结果进行残差修正。在此基础上,基于直驱式波浪能发电系统分析并建立了波高-功率转换模型。通过实例分析对波浪能发电功率的预测结果进行了验证。     

并网AWS波浪发电场等效建模

提出了阿基米德波浪摆(AWS)发电场的等效建模方法,重点研究波浪力输入等效。提出基于波浪最大能量捕获控制策略下AWS波浪力输入和输出有功功率之间的稳态关系,由于等效前后的发电场输出有功功率应该相等,在规则波浪和不规则波浪2种情况下,反推获得等效模型的波浪力输入,同时计及功率补偿。搭建了波浪能发电场详细模型,并将其等效为一台AWS波浪能发电单元。仿真结果表明,单机等效模型的稳态有功输出和故障时动态响应均与详细模型高度吻合。     

基于DSP的波浪能发电直流变换器的设计

由于增加了液压蓄能环节,使独立稳定波浪能发电变得稳定。根据波量能发电的稳定性和蓄电池的充电特性,论述了基于DSP的全桥软开关直流变换器。该变换器主电路采用全桥零电压开关(ZVZCS)PWM拓扑结构,利用有限双极性控制,减少了开关损耗,提高了变换效率。控制电路采用模拟与数字电路相结合的控制策略,确保变换器的可靠性和灵活性。该变换器的输出稳定,功率大小可调,解决了波浪能发电与蓄电池充电特性不匹配的问题,使发电机能在最优负载状态下工作。     

基于液压转换的共振波力发电装置提能系统

根据共振波力发电装置的原理特点及控制需求,设计了闭环阀控式液压提能系统,该提能系统可将波能捕获系统所俘获的波浪能稳定可控地转换为液压能,进而通过液压马达带动发电机发电。通过对比例调速阀和减压阀开度的调节可改变液压提能系统的流量和压力,实现自适应高效提取海洋波能。对液压提能系统进行了启停、变开度、变负载以及稳压变功率等整体性能实验,证明其原理可行。实验表明,该装置具有启停灵活、功率跟踪迅速、过渡过程较短、参数调节容易等较好的静态和动态特性,具备良好的开发应用前景。     

电池储能在直接驱动式波浪能发电场并网运行中的应用(英文)

直接驱动式波浪能发电系统的输出功率是随着时间变化的,这一特性使得直接驱动式波浪能发电系统不能满足并入电网协议的要求。文中提出采用电池储能系统平滑波浪能发电系统的输出功率。提出了2种对功率进行平滑的拓扑结构,一种将电池储能装置安装在波浪能发电场的出口,平滑整个波浪能发电场的功率,另一种将电池储能嵌入到每一台波浪能发电装置中,平滑每一台波浪发电装置的输出功率,并且分别设计了控制策略。最后,将具有电池储能设备的波浪能发电场接入无穷大系统进行仿真,在正常运行情况下验证了储能设备平滑波浪能发电场输出功率的能力,在系统扰动情况下测试了控制策略的有效性。     

基于MEEMD-ARIMA模型的波浪能发电系统输出功率预测

波浪能作为一种储量丰富的清洁能源,是未来理想的能源之一.但其具有较强的随机波动特性,因此,可靠地预测波浪能发电系统的输出功率能给复杂电网的调度带来极大的便利.文中提出基于改进的总体经验模态分解(MEEMD)-差分整合移动平均自回归(ARIMA)模型的波浪能组合预测.首先,基于海浪计算原理,计算混合浪的每小时平均波高与周期.其次,采用MEEMD对每小时平均波高与周期进行分解,得到一系列特征互异的本征模态函数(IMF)和余量,并将平均波高分解的结果与离散小波变换分解结果做对比.然后,将得到的分量分别建立ARIMA预测模型,通过叠加得到每小时平均波高与周期的预测值.最后,建立直驱式波浪能发电系统波高-功率转换模型,实例结果验证了该组合模型预测的有效性.     

双边直线开关磁阻发电系统建模与仿真研究

对直线开关磁阻发电机进行结构选型,根据双边直线开关磁阻发电机的结构特点及运行原理,建立以双边直线开关磁阻发电机为波能转换装置的波能发电系统,给出在固定开通/关断位置控制方法下的励磁功率、发电功率以及电压输出波形,并对双边直线开关磁阻发电系统进行功率分析。结果表明,双边直线开关磁阻发电系统具有连续发电能力,并且输出效率高达80.6%。采用电压外环PID调节加位置内环控制的双闭环控制策略对双边直线开关磁阻发电系统进行仿真研究,系统仿真结果表明,双闭环控制策略完成恒压控制,验证了双闭环恒压控制策略在双边直线开关磁阻发电系统中的可行性。     

基于液压传动的浮力摆式波浪能发电系统稳压恒频控制

将液压传动应用于波浪能转换装置,并提高能量转换稳定性及转换效率是波浪能开发的热点。文中介绍了基于液压传动的独立浮力摆式波浪能发电系统的结构及工作原理,分析了通过蓄能器、负载控制及变量液压马达排量控制提高系统能量俘获效率及能量输出稳定性的原理。在联合仿真环境下建立了系统整机模型进行计算机仿真,然后进行了半物理试验仿真。计算机和半物理试验仿真的结果表明,基于所述调控原理的浮力摆式波浪能发电系统的能量转换效率及能量输出稳定性得到了提高,验证了调控原理的正确性。     

对转桨海流能水轮机悬臂水池性能测试可行性研究

本文研究了在悬臂水池中进行海流能发电装置叶片的水动力性能测试的可行性。首先自主设计了一台300W级的对转桨海流能发电装置，通过CFD数值模拟仿真分析了该发电装置在拖曳水池中(直线运动)和悬臂水池中(大半径旋转运动)的叶片水动力性能曲线，然后在悬臂水池中进行试验对比验证。通过数值模拟和试验对比研究发现，叶轮在拖曳水池中进行直线运动测试和在悬臂水池中进行大半径旋转运动测试得到的结果较为接近，说明通过悬臂水池测试海流能水轮机叶片水动力特性可行，为海流能发电装置在悬臂水池中进行性能测试提供了依据。     

半潜式多浮体波浪能发电装置的水动力性能分析

为缓解能源危机及环境恶化,加大对可再生能源的开发利用,本文将点吸收式与筏式波浪能转换技术相结合,提出一种半潜式多浮体波浪能发电装置。该装置主要由中央漂浮平台、振荡浮子、液压系统及驱动臂组成,将多个振荡浮子布放于海面上并采集波浪能。为了提高装置的波浪能采集效率,利用AQWA水动力仿真软件对波浪能发电装置进行建模仿真分析,改变模型中浮子的质量、尺寸及结构等参数进行频域计算并分析单个浮子的频域响应;同时对单个浮子及装置整体在波高为1 m,波浪周期分别为5 s和3 s的海况下的时域响应特点进行分析。结果表明：浮子吃水部分的几何形状对于浮子附加质量及波浪激励力影响较大;同时当浮子的直径为2 m且浮子结构为圆柱形时,浮子的垂荡振幅更大,说明在波浪频率较低时更有利于最大限度地捕获波浪能,提升装置整体效率;而对于波浪频率较高海域,应当适当增加浮子直径,减轻浮子重量,采用圆锥形浮子,从而更有利于浮子捕获波浪能。采用最优浮子结构后,装置的波浪能捕获宽度比提升约95%,说明选用合适的浮子结构能够有效地提升装置的波浪能采集效率。     

越浪式波能发电装置的二维数值模拟研究

越浪式波能发电装置（Overtopping Wave Energy Convertor,OWEC）通过斜坡式引浪面将不稳定的波浪能转化为蓄水池内较为稳定的势能,进而带动出水管内水轮电机转动,产生电能。本文采用基于计算流体力学软件的二维数值模拟技术对该装置的越浪性能进行研究,通过构建基于水气两相VOF（Volume of Fluid）模型的二维数值波浪水槽,对斜坡式海堤的越浪性能进行模拟,数值计算结果与Saville等的试验值较为吻合,验证了该数值波浪水槽可用于越浪性能的研究。通过考察干舷高度、淹没深度等参数对越浪性能的影响,综合考虑越浪性能及低水头发电机的工作要求,最终给出优化的干舷高度、淹没深度尺寸。     

基于垂荡运动波浪能发电PTO系统阻尼研究

波浪能作为海洋资源中储藏量最丰富的清洁能源，其发展前景十分广阔。因此，如何解决波浪能能量转换，实现波浪能最大层次的规模利用，是当前面临的关键问题。针对求解最优阻尼系数和最大发电功率，建立波浪能装置垂荡运动模型，分别讨论常数阻尼和线性阻尼两种情况下浮子和振子的垂荡运动以及对应的最优阻尼系数和发电功率。通过ODE45函数、变步长搜索法等精确求解得出：当系统采用常数阻尼时最大发电功率124.20 W，最优阻尼系数为37 940 N·s/m；当系统采用线性阻尼时最大发电功率为124.22 W，最优阻尼系数为46 025 N·s/m。     

双浮体直驱波浪发电装置建模分析与基于模型预测控制的能量提取算法研究

基于振荡浮体结构的直驱波浪发电装置具有损耗低、控制灵活等优点,近年来,逐渐成为波浪发电领域的研究热点。双浮体直驱波浪发电装置不需要海上固定平台,能够通过锚系结构在海水中工作,是一种工程可行的直驱波浪发电方案,但其动力学模型更为复杂,相关控制算法缺少实际装置测试。该文通过等效电路的方法对双浮体装置进行建模分析,指出采用张力锚结构可将双浮体装置等效为单浮体装置进行分析,简化控制器的分析与设计,从而建立基于模型预测控制的高效波浪能提取问题。提出一种结合波浪激励力辨识、预测与快速模型预测求解的控制算法,并且设计了双浮体直驱波浪发电装置,在不同波浪条件下进行了相关实验测试。实验结果表明,所提控制算法能够在有效降低运算复杂度的前提下提高装置的波浪能提取效率。     

不同结构进口对水泵吸水池自由液面的影响

水泵吸水池是影响泵站效率和安全运行的重要构筑物,自由液面与吸水池内各种旋涡的生成、空化的发生存在很大联系.本文利用二维PIV系统对吸水池自由水面进行了定量测量,通过图像处理技术,得到了不同结构进口下自由液面的分布情况.试验结果与采用VOF两相流模型计算的结果进行了对比,数值模拟结果可以模拟收缩结构后的跌水趋势,但与试验观察到的自由水面变化具有较大的差异,这表明VOF模型在模拟具有较大波动的跌水自由液面时还存在不足.