新型海流能发电控制系统设计

新型海流能发电装置控制系统是基于MPPT理论,增加了最大功率捕获控制及直流电路稳压控制,通过数学模型模拟海流速度及发电机电磁力矩,并在Matlab/Simulink环境下进行系统的搭建和仿真研究。其结果表明在实际输出功率对最大功率的比值基本相同,该系统实现对最大功率捕获,并在直流母线后端电压基本稳定,验证控制系统设计的有效性。通过搭建试验平台,对该发电系统进行试验研究。记录数据拟合曲线与理论公式曲线一致,且实现电压也在合理的波动范围,试验结果证明该控制系统正确,可进一步示范应用。     

海流自供电浮标双向轴流叶轮仿真分析

通过CFD计算软件Fluent对叶片进行水动力仿真分析,由叶片压力曲线分析影响翼型效率的主要因素,对比分析选出S翼型,并由此翼型设计了对称S翼型,进行UG建模并通过接口导入Fluent进行叶轮仿真分析,由N-S控制方程及压力云图确定叶片数量。建立Bladed模型,仿真得到不同叶片的叶轮在不同的流速下转矩的变化情况及不同桨距角尖速比与获能效率的关系曲线。最后在实验室有机玻璃导管测试系统得到对称S型叶轮在不同流速下的获能效率。实验结果表明,对称S翼型具有捕获双向来流的能力,在实验流速为2.2 m/s时最大获能效率可达40%。为海流自供电浮标进行了正确选型,提高了效率,所得数据也为之后海试试验提供了理论参考。     

横轴半潜式潮流能发电装置设计与试验研究

为了促进深远海养殖装备朝智能化方向发展，解决电能供给困难的问题，克服抗风浪网箱受波流耦合作用对太阳能和风能利用的局限性的问题，针对养殖区域的低流速海域，提出了一种适用于深远海可升降网箱的横轴半潜式潮流能发电装置，建立了Savonius型水轮机叶片受力数学模型，分析了叶轮中心与水面的距离对水轮机捕能效率的影响，利用Fluent软件数值模拟了导流增速浮体的速度场情况，设计了发电装置整体结构及锚泊系统，搭建了发电装置试验模型，开展了物理模型试验，测试了不同水流速度情况下与叶轮相对离水距有关的各参数变化情况，并对试验数据进行分析。试验结果表明，在不同的水流流速下，随着离水距的不断增加，捕获功率呈先增加后减小的趋势，当叶轮中心高出水面1/4个叶轮直径时，叶轮的输出功率最大。     

卧式海流发电装置叶轮特性仿真研究

基于上海海洋大学研制的卧式海流能发电装置,在对叶片受力进行分析的基础上,采用雷诺平均N-S方程和滑移网格技术,对不同工况下的叶轮运动进行了数值模拟,获得了力矩系数、能量转换效率及功率等性能参数。通过分析比较不同工况下的各性能参数的变化规律,发现叶轮运动具有周期性,一个周期内的相邻极大、极小值之间相差72°相位角;随着海流速度和叶轮转速的增大,输出功率逐渐增大;而力矩系数和能量利用效率却呈现先增大后减小的趋势,在海流速度v=1.5 m/s,尖速比λ=2.46时,能量转换效率最大,可达到34.6%,输出功率为373 W,并与海试结果进行了对比分析。     

一种涵道双向泵叶轮浪流发电装置的研究分析

为解决海洋波浪能和潮流能耦合利用的问题,提升浪流发电装置的发电效率,上海海洋大学课题组设计了一种新型涵道双向泵叶轮浪流发电装置。主要对轴流泵的工作原理进行理论分析,阐述将轴流泵排水原理应用于浪流发电装置捕获浪流能的可行性,基于轴流泵叶片设计原理,设计出一种可以双向捕获浪流能的叶片。经数据仿真和水槽实验进行验证,得出涵道双向泵叶轮浪流发电装置可以在浪流流速v=0.5 m/s工况下浪即可启动,满足低流速启动要求,发电效率最高为23.7%。     

水平轴潮流能叶轮尖速比特性分析研究

针对设计尖速比对水平轴潮流能叶轮动力特性的影响问题开展研究工作。基于叶素-动量理论建立叶轮动力特性仿真模型,以叶片数量分别为2、3、4的叶轮为对象,考察设计尖速比对叶轮的功率系数的影响。研究结果表明:设计尖速比越大的叶轮,其最大效率也越高;叶片数量多的叶轮,其功率系数略优于叶片数量少的叶片。结合分析结果,给出了水平轴潮流能叶轮的设计尖速比的选择建议。     

10kW组合型振荡浮子波浪发电装置的电力变换与控制系统

设计并开发10kW组合型振荡浮子波浪发电装置的电力变换与控制系统,用以实现波浪能到电能的最大效率转化和利用。电力变换系统基于离网型"背靠背"式拓扑结构进行设计,采用蓄电池组并联直流母线的方案来进行储能。为克服潮差对发电装置带来的不利影响,设计了一种潮位自适应控制系统,以确保装置的发电效率和结构安全。开发了远程无线监控系统,真正实现了对无人值守的海上发电平台的远程监控。通过海试结果,验证了电力变换与控制系统的可靠性和有效性。     

轮缘驱动型潮流能发电系统启动特性研究与分析

轮缘驱动型潮流能发电系统将导流罩、叶轮和发电机集成为一体化设计,叶轮直接驱动发电机旋转发电。最小启动流速是衡量系统性能的一个重要指标,决定其启动性能的主要因素为叶轮启动力矩、系统摩擦力矩和发电机齿槽转矩。对影响系统启动性能的主要因素进行了分析,详细分析了叶轮启动转矩和发电机齿槽转矩特性。使用理论分析结合有限元仿真方法分析了轮缘驱动型潮流能发电样机系统的启动特性,并通过样机实验验证了理论分析的正确性。本文的分析结论可以为轮缘驱动型潮流能发电系统的设计和分析提供一定理论指导。     

水平轴潮流能叶轮叶片数量分析研究

叶片数量是水平轴潮流能发电叶轮的重要技术参数,对水平轴潮流能发电装置叶轮叶片数量问题进行了研究;利用叶素—动量(BEM)理论的Wilson方法设计了2叶片和3叶片两种水平轴潮流能叶轮,两种叶轮的直径、额定工作流速、启动工作流速、最大工作流速等参数一致,控制策略均采用调桨距角方案;利用WT_Perf对模型的合理性进行了验证;利用建立的仿真模型,从功率系数、发电量、轴向推力、启动力矩等4个方面,分析对比了2叶片叶轮和3叶片叶轮的特性;对比结果表明,对于流速较低的海域,使用2叶片叶轮的方案具有一定优势,符合装置实际使用情况。     

基于代理模型的喷水推进泵水力特性分析及优化

采用代理模型的整体敏感度分析方法对模型泵的结构参数(叶轮叶片进口安放角和出口安放角) 进行优化设计。研究结果表明：叶轮出口安放角对喷水推进泵效率和轴功率影响较大,整体敏感度分别约为 95%和 68%;进口安放角的影响相对较小,整体敏感度分别为 5%和 32%。优化后的叶轮进口安放角和出口安放角分别为 0.69°和 3.92°,满足 Pareto 最优解,喷水推进泵效率提高了 1.7%,功率密度提高了 6%。     

滨海电厂钢筋混凝土腐蚀防护应用

某滨海电厂钢筋混凝土结构在海洋大气环境中腐蚀较重,通过分析已破坏的混凝土,确定腐蚀原因主要是二氧化碳腐蚀和氯离子腐蚀,采用TPEI——乳液砂浆和喷射混凝土两种方案,对钢筋混凝土结构进行修复,确保电厂设施正常安全运行。     

Tensile stiffness analysis on ocean dynamic power umbilical

Tensile stiffness of ocean dynamic power umbilical is an important design parameter for functional implementation and structural safety. A column with radial stiffness which is wound by helical steel wires is constructed to predict the tensile stiffness value of umbilicals in the paper. The relationship between the tension and axial deformation is expressed analytically so the radial contraction of the column is achieved in the relationship by use of a simple finite element method. With an agreement between the theoretical prediction and the tension test results, the method is proved to be simple and efficient for the estimation of tensile stiffness of the ocean dynamic power umbilical.     

Optimal tonal detectors based on the power spectrum

The detection of tonals embedded in noise is an important sonar function and the traditional power spectrum analysis method has been widely used for this purpose. Wagstaff et al. (1997) proposed the WISPR (Wagstaff's Integration Silencing PRocessor) family processors, which perform a nonlinear integration or combination of the power spectrum observations. In this paper, we analyze the statistical property of the power spectrum observations and develop novel tonal detectors by optimally integrating the spectrum observations. The optimal detectors are derived by using the method of maximum likelihood hypothesis test. The results from simulations and real sea trial data have shown that the proposed detectors are promising in detecting tonals     

灾害天气对日照市电力事故的影响研究

利用雷雨、大风等灾害天气资料和电力事故历史数据资料,分析了电力事故发生的时空分布特征及其与雷雨、大风、日平均气温等天气要素之间的关系。进而利用事件概率回归(regression estimation of event probability,REEP)和Logistic回归分析方法,得到了日照市电力事故发生概率与雷雨、大风和日平均气温之间关系的预警模型。研究结果表明:1)雷雨、大风是造成日照市电力事故的重要气象因素。2)雷雨、大风和高温等灾害天气对电力事故的发生虽都有促成作用,但影响能力存在较大差距。3)两种回归分析模型对因子和变量之间关系均有较好的拟合效果,相较而言,REEP模型更为直观,Logistic回归分析方法更为客观,适用性更强。4)回归分析结果建立在客观资料基础上,回归模型具有准确性、实用性,可为电力事故预警发布系统提供理论和技术支持。     

Fouling assemblages on offshore wind power plants and adjacent substrata

A significant expansion of offshore wind power is expected in the near future, with thousands of turbines in coastal waters, and various aspects of how this may influence the coastal ecology including disturbance effects from noise, shadows, electromagnetic fields, and changed hydrological conditions are accordingly of concern. Further, wind power plants constitute habitats for a number of organisms, and may locally alter assemblage composition and biomass of invertebrates, algae and fish. In this study, fouling assemblages on offshore wind turbines were compared to adjacent hard substrate. Influences of the structures on the seabed were also investigated. The turbines differed significantly from adjacent boulders in terms of assemblage composition of epibiota and motile invertebrates. Species number and Shannon–Wiener diversity were, also, significantly lower on the wind power plants. It was also indicated that the turbines might have affected assemblages of invertebrates and algae on adjacent boulders. Off shore wind power plant offer atypical substrates for fouling assemblages in terms of orientation, depth range, structure, and surface texture. Some potential ecological implications of the addition of these non-natural habitats for coastal ecology are discussed.     

海底滑坡对海洋单桩冲击力试验研究

为了研究海底滑坡对海洋单桩的冲击力大小,首先通过调整高岭土、粉砂的不同含量,得到不同流变特性、不同密度的碎屑流,采用Herschel-Bulkley模型和幂率模型对流体流变性质进行描述;随后利用自制海底滑坡模型槽,模拟碎屑流在不同流速和黏度下对模型桩的冲击;并结合流体力学理论,建立阻力系数与非牛顿流体雷诺数之间关系表达式。试验数据表明:碎屑流黏度和流速是影响海底滑坡冲击力的主要因素,海底滑坡冲击力随着泥浆黏度和流速的增加而增大。同时,考虑碎屑流剪切稀释特性,得到管桩阻力系数随雷诺数变化的拟合公式,为海洋桩基础设计提供参考。     

双向直驱式潮流能发电轮机性能实验研究

针对潮流能双向来流的特点及当前潮流能发电轮机的研究现状和存在的问题,提出了一种新型的双向直驱式发电轮机。叶片基本翼型为S型,并对其进行受力分析,得到相应的计算公式,结合叶片翼型厚度和形状约束,求解出各个截面的形状,并三维建模形成一种新型"S"翼型轮机。轮机两端安装具有防水性能的永磁发电机,外侧增设双向导流罩,构成双向直驱式发电轮机装置模型。在水槽实验中,首先找出不同的模拟流速下获取功率的最佳负载阻值,在此基础上收集了转速及功率数据,绘制尖速比-获能系数关系曲线图和流速—获能系数关系曲线图,可以论证尖速比的取值对获取最佳功率的重要性,同时该翼型轮机具有良好的空载启动性能及双向吸收来流的能力,2 m/s流速下获能效率最大值接近40%。     

石家庄地区输电线路雷击事故发生的气象条件

为了研究石家庄地区输电线路雷击事故发生的气象条件,利用该地区1990—2018年输电线路雷击事故发生的详细资料和地面、探空气象资料,分析了输电线路雷击事故的时空变化,确定了容易发生输电线路雷击事故的天气系统配置和探空物理量阈值;通过输电线路雷击事故发生的气象条件,检验了2019—2020年输电线路雷击事故预报的准确性。结果表明:石家庄输电线路雷击事故主要发生在夏季傍晚前到前半夜,夏季发生概率明显高于春、秋季;输电线路雷击事故发生日数自西向东逐渐减少,集中发生在西部山区的井陉,其次是市区,井陉发生概率远高于其他地区;对流天气影响系统主要为高空槽型和冷涡型,探空物理量同时满足首要条件和附加条件时,引发输电线路雷击事故概率较高;输电线路雷击事故发生的气象条件在2019—2020年得到较好的预测检验,对防范雷击事故有一定指导意义。