液压型潮流能发电系统叶轮最大功率控制

文章为解决水平轴潮流能发电系统在低于设计流速下叶轮能量捕获效率低的问题,运用最大功率跟踪控制理论及叶轮与变量泵传动轴力矩平衡方程,建立了变量泵反力矩参考值模型,设计了间接速度控制的压力反馈加转矩控制系统,通过小范围内调节变量泵排量,实现叶轮最大功率捕获。整个系统的性能在自动化工作室(automation studio)中进行了仿真测试,实验样机也进行了海上试验。仿真测试和海试结果显示,该控制系统工作稳定性好,仿真和海试时叶轮的捕获功率系数分别在0.35和0.33附近波动,相比不加控制,分别增加了约0.03和0.05,提高了叶轮的捕获效率,验证了控制系统的有效性。     

一种新型鲸鱼式潮流能发电装置的设计与试验研究

为了进一步提高潮流能的利用率,提出了一种新型鲸鱼式潮流能发电装置。借鉴风机叶片设计方法及水平轴水轮机的设计原理,利用结构力学、流体力学和CFD相关方法,对该装置的螺旋桨叶、导流筒和固定桩等部件进行了设计研究,从获能效果、装置可靠性和发电功率等方面进行了优化设计,并通过900 W样机试验验证了设计的有效性。试验结果显示,海流高潮期装置最大发电功率可达到980 W,一天内大约有4个缓潮期,此间发电功率明显下降,但持续时间不长,总体平均发电功率在800 W上下;同时潮流能轮机启动流速在0.41 m/s左右,有着良好的低速启动性能。     

水平轴潮流能发电机组液压变桨技术研究与海试

变桨技术是水平轴潮流能发电机组的关键技术,对实现机组的功率控制和双向发电具有重要意义。在综合分析电气变桨方案和液压变桨方案的基础上,完成了120 k W水平轴潮流能发电机组变桨机构及其控制系统的设计,并进行了变桨距系统的厂内试验和海上试验,试验结果表明,该系统可以很好地实现机组的双向发电并实现发电机输出功率的有效控制,同时变桨距机构运行稳定,响应特性达到预期设计目标。     

海洋绞车主动升沉补偿控制系统建模与仿真分析

针对海洋绞车主动升沉补偿系统的控制要求,通过对主动升沉补偿系统的控制机理进行分析,于Simulink软件中搭建海洋绞车主动升沉补偿控制系统的仿真模型。根据负载所处不同海况,设置相应仿真参数,得出负载在不同海况下主动升沉补偿控制系统的补偿特性,绘制了负载在升沉补偿作用下的位移响应曲线及补偿时电机转速响应曲线,并与无升沉补偿作用下的仿真结果进行对比。仿真结果表明,该主动升沉补偿控制系统具备理想的补偿精度。将主动升沉补偿控制系统应用于海洋绞车进行模拟试验,得到了电驱动海洋绞车主动升沉补偿控制系统在四级模拟海况下的试验数据。试验结果表明该主动升沉补偿控制系统满足补偿能力设计要求。研究可为海洋绞车主动升沉补偿控制系统补偿性能的改进与完善提供参考。     

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。     

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。     

基于水平轴海流能发电系统的海流流速神经网络软测量

为了解决海流能发电系统中,有效海流流速难以测量的问题,提出将水平轴海流能发电系统当成一个大型流速仪,用于海流流速的软测量研究。分析了水平轴海流能发电系统的工作原理和运行过程,建立了基于BP人工神经网络的软测量数学模型。将叶轮机转速,发电机输出功率和占空比信号作为输入变量,将海流流速作为输出变量。仿真结果表明,所建立的BP神经网络是海流流速软测量的有效方法,能较好地跟踪有效海流流速的变化趋势,并具有较高的估计精度。     

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。     

一种卧式浪流发电装置研究与试验

主要介绍一种新型的卧式浪流发电装置的基本原理,从理论计算、模拟分析及海上试验的角度探讨不同流速下的转矩与功率、总能量及能量转换效率等重要参数。理论计算时,借鉴垂直轴水轮机的相关公式,同时考虑部分波浪的作用。模拟分析时,根据雷诺方程,选择湍流模型及控制方程,模拟不同流速下的发电性能参数。海上试验时,采用机构与漂浮潜体固定联接方式,通过船舶运送布放,连接启动,对其工作状态进行实时监测和测试,获取实际数据和资料。结果表明,该轮机在0.23 m/s的低流速下即可起动,不需要换向,主轴传递扭矩与功率呈现先增加后降低的趋势,并在1.5 m/s时扭矩与功率最大,效率值可达到35.65%,单机容量最大可达到459W。     

水平轴潮流能捕获桨叶设计流速研究

针对定桨距桨叶在时变潮流流速中设计流速选取的关键问题,应用叶素动量与流体动力学理论,建立变流速中设计流速与桨叶捕获功率之间的数学模型。结合韭山列岛的实测数据,以潮流流速变化的一个半月周期内捕获总能量最大为目标,利用MATLAB计算迭代得到合适的设计流速。与最大潮流流速作为设计流速的设计方法作对比,对不同流速下桨叶的旋转角速度及捕获功率情况作理论预测对比。搭建实验平台进行实际测试,结果显示:基于合适设计流速下的桨叶设计在潮流流速变化的大部分时间段内功率捕获优于以往设计桨叶,在潮流流速变化的一个半月周期内捕获总能提高了约8%,验证了该设计方法的正确性与合理性,本结论对变流速中定桨距桨叶的设计具有一定参考价值。