一套小功率潮流能发电系统的设计与研究
发布时间：2021-04-29 13:40
随着地球生态环境的日益破坏和化石燃料能源的逐渐枯竭,人们迫切需要寻找新能源来支持人类社会的运行。占地球面积70%的广阔海洋吸引了大批相关研究人员的目光。其中,潮流能因其能量密度大、可预测性强的优点成为世界各国重点开发和利用的对象,但目前大量低速潮流能量还未得到很好地利用。水轮机作为潮流能发电系统的获能装置,在吸收流体后带动发电机运转,最终将潮流中的能量转换为电能。为了进一步减小系统的机械损失,提高系统的运行效率,在设计潮流能发电系统时可放弃安装传统的齿轮箱结构,转为直接驱动的方式。但是这种方式也存在一定的缺陷:能量捕捉装置接收到的潮流能量上下浮动明显,水轮机机械输出能量也有较大的变化范围。因此,这对应用于潮流能发电系统的发电机提出了特殊的要求。针对直驱式潮流能发电系统的特殊要求,结合日照市黄海中心渔港附近海域的潮流情况（平均流速0.7～0.9m/s,最大流速1.3m/s左右）,本文选择永磁同步发电机作为设计对象,要求电机可以高效率地运行在低速工况下,额定转速设计为100r/min。发电机组初步实现1kW以上的发电量,作为渔船远洋作业时的补充发电方式。本文首先介绍了潮流能发电系统的基本组...
【文章来源】：曲阜师范大学山东省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
1.2 我国潮流能发电研究现状与应用前景
1.2.1 我国潮流发电研究现状
1.2.2 课题的应用前景
1.3 低速运行的永磁发电机研究现状
1.4 本文主要内容
第二章 潮流能发电系统的总体设计
2.1 潮流能发电系统的组成
2.2 能量捕获装置的设计
2.2.1 水轮机捕获能量的相关理论
2.2.2 叶片参数的选取
2.3 透平的结构方案
2.3.1 透平形式的确定
2.3.2 传动方式的设计
2.3.3 发电机的选取
第三章 永磁同步发电机的参数设计及有限元分析
3.1 永磁同步发电机的设计要求
3.2 永磁同步发电机参数设计
3.2.1 定子结构设计
3.2.2 转子结构设计
3.2.3 发电机初步的结构参数
3.3 永磁同步发电机的模型建立
3.3.1 电磁场计算原理
3.3.2 有限元分析软件ANSYS
3.3.3 发电机的有限元仿真
第四章 永磁同步发电机的优化设计以及动态仿真
4.1 永磁同步发电机优化设计
4.1.1 永磁体的优化设计
4.1.2 转子铁芯的优化设计
4.1.3 发电机优化后的结构参数
4.2 永磁同步发电机的电气参数计算
4.2.1 发电机绕组的感应电动势的求解
4.2.2 发电机绕组电阻、电感的求解
4.2.3 发电机额定电压的确定
4.2.4 发电机功率、损耗以及效率的求解
4.3 永磁同步发电机的动态仿真
4.3.1 永磁同步发电机的电压方程
4.3.2 永磁同步发电机的动态仿真结果
第五章 能量转换系统设计与仿真分析
5.1 能量转换系统的总体设计方案
5.2 转换系统中功率变换器的设计与仿真
5.2.1 整流模块的设计
5.2.2 滤波器的设计
5.2.3 斩波电路的设计
5.2.4 逆变电路的设计
5.3 仿真结果与分析
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 创新点
6.3 研究展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]水平轴潮流能水轮机阵列对区域潮流场影响研究[J]. 袁鹏,刘小栋,司先才,王树杰,谭俊哲,郑志爽. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2019(07)
[2]海洋能发电技术发展现状及发展路线图[J]. 张雅洁,赵强,褚温家. 中国电力. 2018(03)
[3]我国海洋能商业化应用取得突破[J]. 吕银铃. 能源研究与利用. 2017(05)
[4]海洋潮流能发电装置综述[J]. 王世明,任万超,吕超. 海洋通报. 2016(06)
[5]潮流能开发现状、发展趋势及面临的力学问题[J]. 张理,李志川. 力学学报. 2016(05)
[6]低流速水平轴潮流能发电装置桨叶的研究[J]. 陈俊华,李浩,唐辰,李磊,朱文斌. 太阳能学报. 2015(10)
[7]我国新能源发电产业发展思路及路径探析[J]. 王晓锋,李睿. 华北电力技术. 2015(09)
[8]国外波浪能开发利用技术进展[J]. 李永国,汪振,王世明,吕超. 工程研究-跨学科视野中的工程. 2014(04)
[9]潮流能开发技术研究进展[J]. 魏东泽,吴国荣,郭欣,顾恩凯. 可再生能源. 2014(07)
[10]垂直轴潮流能发电装置模型测试技术研究[J]. 夏增艳,郭毅,张亮,杨勇,段云棋,张巍,王鑫,王锰. 海洋技术. 2013(04)
博士论文
[1]圆筒型永磁直线发电机在直驱式波浪发电系统的应用研究[D]. 刘春元.东南大学 2015
[2]水平轴海流能发电机械关键技术研究[D]. 刘宏伟.浙江大学 2009
[3]柔性叶片潮流能水轮机水动力学性能研究[D]. 王树杰.中国海洋大学 2009
硕士论文
[1]水平轴潮流能发电机叶片的设计与实验研究[D]. 欧贤坤.东北师范大学 2015
[2]永磁直驱式双向潮流发电系统控制器设计[D]. 李颖.哈尔滨工业大学 2014
[3]竖轴式潮流能发电控制研究[D]. 刘延力.大连理工大学 2013
[4]低速永磁同步发电机的优化设计及特性分析[D]. 张邵波.合肥工业大学 2012
[5]基于ANSYS的永磁同步发电机的电磁场分析与研究[D]. 刘方.东北大学 2011
[6]基于GPRS的环境在线监测系统设计[D]. 李文根.西南交通大学 2009
[7]我国实施清洁发展机制法律问题研究[D]. 张媛.湖南师范大学 2006
[8]一种新型变攻角直叶水轮机水动力性能优化研究[D]. 汪鲁兵.哈尔滨工程大学 2003
本文编号：3167631
【文章来源】：曲阜师范大学山东省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
1.2 我国潮流能发电研究现状与应用前景
1.2.1 我国潮流发电研究现状
1.2.2 课题的应用前景
1.3 低速运行的永磁发电机研究现状
1.4 本文主要内容
第二章 潮流能发电系统的总体设计
2.1 潮流能发电系统的组成
2.2 能量捕获装置的设计
2.2.1 水轮机捕获能量的相关理论
2.2.2 叶片参数的选取
2.3 透平的结构方案
2.3.1 透平形式的确定
2.3.2 传动方式的设计
2.3.3 发电机的选取
第三章 永磁同步发电机的参数设计及有限元分析
3.1 永磁同步发电机的设计要求
3.2 永磁同步发电机参数设计
3.2.1 定子结构设计
3.2.2 转子结构设计
3.2.3 发电机初步的结构参数
3.3 永磁同步发电机的模型建立
3.3.1 电磁场计算原理
3.3.2 有限元分析软件ANSYS
3.3.3 发电机的有限元仿真
第四章 永磁同步发电机的优化设计以及动态仿真
4.1 永磁同步发电机优化设计
4.1.1 永磁体的优化设计
4.1.2 转子铁芯的优化设计
4.1.3 发电机优化后的结构参数
4.2 永磁同步发电机的电气参数计算
4.2.1 发电机绕组的感应电动势的求解
4.2.2 发电机绕组电阻、电感的求解
4.2.3 发电机额定电压的确定
4.2.4 发电机功率、损耗以及效率的求解
4.3 永磁同步发电机的动态仿真
4.3.1 永磁同步发电机的电压方程
4.3.2 永磁同步发电机的动态仿真结果
第五章 能量转换系统设计与仿真分析
5.1 能量转换系统的总体设计方案
5.2 转换系统中功率变换器的设计与仿真
5.2.1 整流模块的设计
5.2.2 滤波器的设计
5.2.3 斩波电路的设计
5.2.4 逆变电路的设计
5.3 仿真结果与分析
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 创新点
6.3 研究展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]水平轴潮流能水轮机阵列对区域潮流场影响研究[J]. 袁鹏,刘小栋,司先才,王树杰,谭俊哲,郑志爽. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2019(07)
[2]海洋能发电技术发展现状及发展路线图[J]. 张雅洁,赵强,褚温家. 中国电力. 2018(03)
[3]我国海洋能商业化应用取得突破[J]. 吕银铃. 能源研究与利用. 2017(05)
[4]海洋潮流能发电装置综述[J]. 王世明,任万超,吕超. 海洋通报. 2016(06)
[5]潮流能开发现状、发展趋势及面临的力学问题[J]. 张理,李志川. 力学学报. 2016(05)
[6]低流速水平轴潮流能发电装置桨叶的研究[J]. 陈俊华,李浩,唐辰,李磊,朱文斌. 太阳能学报. 2015(10)
[7]我国新能源发电产业发展思路及路径探析[J]. 王晓锋,李睿. 华北电力技术. 2015(09)
[8]国外波浪能开发利用技术进展[J]. 李永国,汪振,王世明,吕超. 工程研究-跨学科视野中的工程. 2014(04)
[9]潮流能开发技术研究进展[J]. 魏东泽,吴国荣,郭欣,顾恩凯. 可再生能源. 2014(07)
[10]垂直轴潮流能发电装置模型测试技术研究[J]. 夏增艳,郭毅,张亮,杨勇,段云棋,张巍,王鑫,王锰. 海洋技术. 2013(04)
博士论文
[1]圆筒型永磁直线发电机在直驱式波浪发电系统的应用研究[D]. 刘春元.东南大学 2015
[2]水平轴海流能发电机械关键技术研究[D]. 刘宏伟.浙江大学 2009
[3]柔性叶片潮流能水轮机水动力学性能研究[D]. 王树杰.中国海洋大学 2009
硕士论文
[1]水平轴潮流能发电机叶片的设计与实验研究[D]. 欧贤坤.东北师范大学 2015
[2]永磁直驱式双向潮流发电系统控制器设计[D]. 李颖.哈尔滨工业大学 2014
[3]竖轴式潮流能发电控制研究[D]. 刘延力.大连理工大学 2013
[4]低速永磁同步发电机的优化设计及特性分析[D]. 张邵波.合肥工业大学 2012
[5]基于ANSYS的永磁同步发电机的电磁场分析与研究[D]. 刘方.东北大学 2011
[6]基于GPRS的环境在线监测系统设计[D]. 李文根.西南交通大学 2009
[7]我国实施清洁发展机制法律问题研究[D]. 张媛.湖南师范大学 2006
[8]一种新型变攻角直叶水轮机水动力性能优化研究[D]. 汪鲁兵.哈尔滨工程大学 2003
本文编号：3167631
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