相位控制提高浮体带轮波能装置采集效率的研究
发布时间：2021-10-29 07:55
振荡浮子式波能装置与波浪构成了有阻尼的强迫振动系统,其中波浪属于激励源,浮体为振子,系统以内部阻尼的方式来采集波浪能。因此共振技术和相位控制技术是当前用于提升振荡浮子式波能装置采集效率的两种常用手段。浮体带轮波能装置是典型的振荡浮子式波能装置,前期物理模型实验和仿真实验研究发现:共振技术难以有效提高浮体带轮波能装置的采集效率,为此,本文拟研究相位控制技术提升浮体带轮波能装置采集效率的可行性。本文主要研究工作如下:（1）浮体带轮波能采集基础理论的研究。根据后续实海况试验海域参数,以及海试样机尺寸,选择有限水深的线性波理论,推导了波能装置宽度上的有限水深规则波的功率计算公式,通过比较浮体尺寸和波长的相对关系,选择莫里森方程来计算浮体在波浪中所受到的波浪载荷。（2）浮体带轮波能装置物理模型相位控制实验平台的创建。基于带轮机构等效外置的思路完成浮体带轮波能装置物理模型的建立,基于PLC控制和电磁制动器完成了相位控制系统硬件设计,基于数据采集卡和LabVIEW语言完成了数据采集系统的软硬件结构设计,推导建立了浮体带轮波能装置物理模型一级平均波能采集效率的计算方法。（3）浮体带轮波能装置物理模型相...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?Ｓｐａｒ浮标模型（１：?１０比例）??２??
?山东大学硕士学位论文???形导杆底部装一个大的水平阻尼挡板，碟形浮子与下部淹没的圆柱导杆发生相对??运动，带动液压系统的活塞运动产生高压油，驱动液压马达旋转并带动发电机发??电，挡板的作用是通过增加周围水的质量来增加惯性，圆柱形导杆在装置中起到??提供浮力的作用。２００８年９月，在西班牙北部的桑托菲亚海岸部署了一个４０千??瓦的原型机，己成功对该采集装置进行并网发电。??图１－１?Ｐｏｗｅｒ?Ｂｕｏｙ样机模型??ｏｗｅ振荡水柱式波能装置为典型的水压式装置，基于该装置，提出来一种??名为Ｓｐａｒ的浮标。它是一个完全轴对称的装置，由ＯＷＣ相对于浮标的运动所??产生的气流驱动着一个空气涡轮，空气涡轮机带动发电机进行发电。并可通过设??计管的长度来决定了内水柱的共振频率，基于这一概念，国外公司设计开发了好??几种类型的波浪动力浮标［１２，１３］。在２０１２年，里斯本高级技术研究所（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ??Ｓｕｐｅｒｉｏｒ?Ｔ＆ｎｉｃｏ）开发出Ｓｐａｒ浮标的一个版本，其基本原理与上述浮标一致，??并在英格兰北部的ＮＡＲＥＣ进行了比例为１：?１０的模型试验，图丨－２所示的倾斜??浮标与Ｓｐａｒ浮标有一些相似之处，由一个带有三个倾斜浸没尾管的浮标组成，??这样浮标管组就可以在垂荡和浪涌方向之间的夹角处进行振荡。??１??图１－２?Ｓｐａｒ浮标模型（１：?１０比例）??２??
?山东大学硕士学位论文???美国俄勒冈州州立大学（Ｏｒｅｇｏｎ?Ｓｔａｔｅ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）开发／一种由升降浮标驱??动线性发电机的系统［１５，１６＾如图１－３，装置由两部分组成，一部分为水上漂浮浮??体，另一部分为水下的直线电机。其采集原理为直线电机固定在海底底部，并通??过绳缆与上方浮体相连，通过浮体吸收波浪能，带动直线电机，直接将波浪能转??化为电能，大大地降低了能量损耗。２００８年９月，该团队在俄勒冈州纽波特附??近部署了一架１０ｋＷ原型Ｌ－１０?（浮标外半径３．５?ｍ，导杆长度为６．７?ｍ），并进??行了海试。??ｆｒ：，一??－ｗｒ??Ｉ?ｇｊｌｌ?■?ＳｇＤ〇Ｂ？??ＭＩ??图１－３美国俄勒冈州州立大学的波能装置??１．２．２国内研究现状??我国的领海面积大，拥有丰富的海洋资源，波浪能作为一种新型的海洋能源，??未来将在我国的新能源结构中占据极大比重，并且波浪能的开发与应用将成为新??能源方向的热点，这将进一步推动我国海洋高科技技术产业的发展。自从在２０１０??年成立国家海洋可再生能源专项，各大高校和科研机构纷纷投入波浪能领域中。??早在２０世纪８０年代，中国科学院广东能源１１７１所就设计了专门用于浮标用灯的波??能装置，并且这也是国内唯一进行商业化生产销售的波能装置，如图１－４所示。??该装置累计销售超过１０００台，并且部分产品出口到英国、新加坡等发达国家。??Ｓｋｉ??图１－４ＢＤ－１０２型浮标供电波能装置??
【参考文献】：
期刊论文
[1]波浪能发电技术应用发展现状及方向[J]. 张亚群,盛松伟,游亚戈,王坤林,王振鹏. 新能源进展. 2019(04)
[2]采用数值计算和OrcaFlex软件对缆索张力函数的分析[J]. 张大朋,白勇,姬芬芬,徐显明,朱克强. 石油工程建设. 2019(02)
[3]直驱波浪能发电系统综述[J]. 洪岳,潘剑飞,刘云,王璨,李灿,付鹏飞. 中国电机工程学报. 2019(07)
[4]100 kW鹰式波浪能发电装置“万山号”实海况试验[J]. 盛松伟,王坤林,吝红军,张亚群,游亚戈,王振鹏. 太阳能学报. 2019(03)
[5]浅谈我国清洁能源的现状与存在问题[J]. 朱义成. 绿色环保建材. 2019(03)
[6]浮体绳轮波能采集技术的研究与试验[J]. 朱林森,夏欣欣,李亚军,邬德峰,鞠燕娜,翟强. 太阳能学报. 2019(02)
[7]A feedback latching controller for two-body wave energy converters under irregular wave conditions[J]. LIU Kun,WANG DongJiao,QIU ShouQiang,YE JiaWei,OU JinPing. Science China（Technological Sciences）. 2018(08)
[8]AQWA和HARP在TLP整体性能分析中的应用对比[J]. 高静坤,梁园华,刘浩,韦斯俊,杨清峡. 船海工程. 2017(04)
[9]推动世界能源转型发展的中国智慧[J]. 程志强. 智慧中国. 2017(07)
[10]基于AQWA的半潜式平台动力特性分析[J]. 张剑锋,陈海泉,孙玉清,陈鑫阳,王生海. 船舶工程. 2016(S2)
硕士论文
[1]浮体链轮波能采集技术的研究[D]. 夏欣欣.山东大学 2019
[2]浮体绳轮波浪发电效率提升技术的研究[D]. 李亚军.山东大学 2018
[3]振荡浮子式波浪能发电技术研究[D]. 郑明月.华南理工大学 2017
[4]基于LabVIEW的工业故障监测系统人机界面设计与实现[D]. 刘美珠.大连交通大学 2015
[5]漂浮式海浪发电装置的结构动力分析及控制研究[D]. 孙兴旺.山东大学 2013
本文编号：3464274
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?Ｓｐａｒ浮标模型（１：?１０比例）??２??
?山东大学硕士学位论文???形导杆底部装一个大的水平阻尼挡板，碟形浮子与下部淹没的圆柱导杆发生相对??运动，带动液压系统的活塞运动产生高压油，驱动液压马达旋转并带动发电机发??电，挡板的作用是通过增加周围水的质量来增加惯性，圆柱形导杆在装置中起到??提供浮力的作用。２００８年９月，在西班牙北部的桑托菲亚海岸部署了一个４０千??瓦的原型机，己成功对该采集装置进行并网发电。??图１－１?Ｐｏｗｅｒ?Ｂｕｏｙ样机模型??ｏｗｅ振荡水柱式波能装置为典型的水压式装置，基于该装置，提出来一种??名为Ｓｐａｒ的浮标。它是一个完全轴对称的装置，由ＯＷＣ相对于浮标的运动所??产生的气流驱动着一个空气涡轮，空气涡轮机带动发电机进行发电。并可通过设??计管的长度来决定了内水柱的共振频率，基于这一概念，国外公司设计开发了好??几种类型的波浪动力浮标［１２，１３］。在２０１２年，里斯本高级技术研究所（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ??Ｓｕｐｅｒｉｏｒ?Ｔ＆ｎｉｃｏ）开发出Ｓｐａｒ浮标的一个版本，其基本原理与上述浮标一致，??并在英格兰北部的ＮＡＲＥＣ进行了比例为１：?１０的模型试验，图丨－２所示的倾斜??浮标与Ｓｐａｒ浮标有一些相似之处，由一个带有三个倾斜浸没尾管的浮标组成，??这样浮标管组就可以在垂荡和浪涌方向之间的夹角处进行振荡。??１??图１－２?Ｓｐａｒ浮标模型（１：?１０比例）??２??
?山东大学硕士学位论文???美国俄勒冈州州立大学（Ｏｒｅｇｏｎ?Ｓｔａｔｅ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）开发／一种由升降浮标驱??动线性发电机的系统［１５，１６＾如图１－３，装置由两部分组成，一部分为水上漂浮浮??体，另一部分为水下的直线电机。其采集原理为直线电机固定在海底底部，并通??过绳缆与上方浮体相连，通过浮体吸收波浪能，带动直线电机，直接将波浪能转??化为电能，大大地降低了能量损耗。２００８年９月，该团队在俄勒冈州纽波特附??近部署了一架１０ｋＷ原型Ｌ－１０?（浮标外半径３．５?ｍ，导杆长度为６．７?ｍ），并进??行了海试。??ｆｒ：，一??－ｗｒ??Ｉ?ｇｊｌｌ?■?ＳｇＤ〇Ｂ？??ＭＩ??图１－３美国俄勒冈州州立大学的波能装置??１．２．２国内研究现状??我国的领海面积大，拥有丰富的海洋资源，波浪能作为一种新型的海洋能源，??未来将在我国的新能源结构中占据极大比重，并且波浪能的开发与应用将成为新??能源方向的热点，这将进一步推动我国海洋高科技技术产业的发展。自从在２０１０??年成立国家海洋可再生能源专项，各大高校和科研机构纷纷投入波浪能领域中。??早在２０世纪８０年代，中国科学院广东能源１１７１所就设计了专门用于浮标用灯的波??能装置，并且这也是国内唯一进行商业化生产销售的波能装置，如图１－４所示。??该装置累计销售超过１０００台，并且部分产品出口到英国、新加坡等发达国家。??Ｓｋｉ??图１－４ＢＤ－１０２型浮标供电波能装置??
【参考文献】：
期刊论文
[1]波浪能发电技术应用发展现状及方向[J]. 张亚群,盛松伟,游亚戈,王坤林,王振鹏. 新能源进展. 2019(04)
[2]采用数值计算和OrcaFlex软件对缆索张力函数的分析[J]. 张大朋,白勇,姬芬芬,徐显明,朱克强. 石油工程建设. 2019(02)
[3]直驱波浪能发电系统综述[J]. 洪岳,潘剑飞,刘云,王璨,李灿,付鹏飞. 中国电机工程学报. 2019(07)
[4]100 kW鹰式波浪能发电装置“万山号”实海况试验[J]. 盛松伟,王坤林,吝红军,张亚群,游亚戈,王振鹏. 太阳能学报. 2019(03)
[5]浅谈我国清洁能源的现状与存在问题[J]. 朱义成. 绿色环保建材. 2019(03)
[6]浮体绳轮波能采集技术的研究与试验[J]. 朱林森,夏欣欣,李亚军,邬德峰,鞠燕娜,翟强. 太阳能学报. 2019(02)
[7]A feedback latching controller for two-body wave energy converters under irregular wave conditions[J]. LIU Kun,WANG DongJiao,QIU ShouQiang,YE JiaWei,OU JinPing. Science China（Technological Sciences）. 2018(08)
[8]AQWA和HARP在TLP整体性能分析中的应用对比[J]. 高静坤,梁园华,刘浩,韦斯俊,杨清峡. 船海工程. 2017(04)
[9]推动世界能源转型发展的中国智慧[J]. 程志强. 智慧中国. 2017(07)
[10]基于AQWA的半潜式平台动力特性分析[J]. 张剑锋,陈海泉,孙玉清,陈鑫阳,王生海. 船舶工程. 2016(S2)
硕士论文
[1]浮体链轮波能采集技术的研究[D]. 夏欣欣.山东大学 2019
[2]浮体绳轮波浪发电效率提升技术的研究[D]. 李亚军.山东大学 2018
[3]振荡浮子式波浪能发电技术研究[D]. 郑明月.华南理工大学 2017
[4]基于LabVIEW的工业故障监测系统人机界面设计与实现[D]. 刘美珠.大连交通大学 2015
[5]漂浮式海浪发电装置的结构动力分析及控制研究[D]. 孙兴旺.山东大学 2013
本文编号：3464274
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