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。     

海流发电种种

对海洋能的研究和利用,人类从很早以前就开始了。用海流发电的研究,则是近十几年才开始。海流发电是依靠海流的冲击力使水轮机旋转,然后再带动发电机发电。目前,海流发电站通常浮在海面上,用钢索和锚加以固定。     

海流能发电系统转换效率测试技术研究

对海流能发电系统转换效率的测试技术开展研究,着重探计海流能发电系统转换效率的测试方法和技术手段.     

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。     

海流能：本世纪以来开始商业化运作

海流能是指蕴涵于海水流动中的能量,具有能量密度大、出力稳定等特点。据估计,世界各大洋中所有海流的总功率达50亿千瓦左右,是海洋能中蕴藏量最大的一种。目前,世界上从事海流能开发的国家主要有美国、英国、加拿大、日本、意大利和中国等,其中英国的海流能发电已进入商业化运作阶段。     

海底边界效应对海流发电水轮机水动力性能影响研究

对30 W海流能水平轴水轮机进行叶片设计,应用FLUENT软件对水轮机的水动力性能进行数值模拟,研究了边界效应对叶片表面压力、流场、湍流强度、获能和轴向力的影响。受海底边界效应影响,海流速度沿深度呈现梯度变化,底层流速较小,中上层流速较大。边界效应导致水轮机的水动力性能呈现周期性变化,降低了水轮机的获能和轴向力。机组布置时,宜选择水流稳定且流速较大的中上层区域。     

夏季长江口外东海海域实测海流资料分析

根据2009年8,9月间长江口外海域C1,B1 2个站位的短期连续ADCP实测资料,采用调和分析、EOF分解、功率谱分析以及频率统计等方法,分析了该海域海流随时间的变化趋势和空间的结构特征。结果表明,2个站位流速在观测期间愈来愈强,准定常流动均是南向流动占优。长江口外海域M2为主要分潮,属于正规半日潮,各层潮流呈现出旋转流性质,旋转方向为顺时针占优。2个站位潮流的U,V分量均为第一模态主导,其垂向模态基本一致,体现了潮流的正压特征,2个站位的斜压性均不明显。海流的流速、流向频率统计显示两站均在SSE,S,SSW方向的频率最大。     

水平轴海流能发电机叶片设计与性能分析

全球海洋蕴藏着丰富的海流能,合理利用海流能可以有效缓解能源危机。以额定工况下获能系数达到最大值为目标,利用叶素-动量理论设计了150 kW水平轴海流能发电机的叶片。使用叶素-动量理论结合普朗特修正和葛劳渥修正的方法,预测了海流机在不同尖速比以及不同桨距角下的水动力性能,分析了攻角和载荷沿着叶片径向的分布规律。使用CFD方法计算了海流机在不同尖速比下的水动力性能,并与理论方法的计算结果进行了比较。理论方法和CFD方法的结果均表明,所设计的海流机最大获能系数位于设计尖速比处,证明基于叶素-动量理论的水平轴海流机叶片设计方法是有效的。     

水平轴潮流能发电装置控制流程设计

以正在研制的水平轴潮流能发电装置为对象,开展了工作流程控制方法的研究工作。建立了基于叶素-动量理论的动力特性仿真模型;利用仿真模型考察了发电装置的启动转矩和转速特性,以及流速大于额定流速条件下的功率限定问题,制定了基于发电机输出电压的启动控制策略和基于发电机输出功率的功率限定控制策略。根据控制策略,设计了装置的控制流程。结合潮流变化情况,对控制流程进行了仿真。仿真结果表明,基于发电机输出电力参数的控制流程能够较好地实现对发电装置的控制。     

共水平轴双叶轮海流机水动力学性能的实验研究

针对水平轴单叶轮海流机在低流速时启动性能差、获能少的缺点,采用共水平轴同向旋转双叶轮水轮机进行了水动力学性能的水槽试验.由实验结果研究了共水平轴单叶轮和双叶轮水轮机的功率特性和启动特性,分析了不同上、下游叶轮安装角和叶轮轴向间距对叶轮启动水流速度以及发电机获得功率的影响,并对单叶轮和双叶轮水轮机的运行情况进行了比较.结果表明,共水平轴双叶轮水轮机的启动水流速度较单叶轮低很多,而且能从水流中获得更多的能量.因此,共水平轴双叶轮水轮机能改进一般水平轴单叶轮水轮机难以启动和获能少的不足,更适合于我国低海流流速的实际海况.     

潜标式海洋探测仪控制系统及模块设计

基于CORTEX M4内核的STM32嵌入式系统,设计并实现了用于长期监测海洋地理环境参数(温度、盐度、湿度等)的潜标式海洋探测仪,给出了主控系统及各个模块的设计方案及选型,通过合理的功能分配,可靠的硬件设计和有效的软件实现,使探测仪具备低功耗、高可靠的特点。海试实验表明,主控系统实现了对探测仪的浮力调节、能源供电及应急处置等状态控制,通过在SOFAR声道工作,完成了对深海海洋要素的实时监测。     

抛弃式海洋环境参数测量控制系统设计

简要介绍了抛弃式海面环境参数测量系统控制设计的思想及系统的硬件组成,主要包括时间控制,海水开关的设计、系统端盖自动打开的控制和浮体装置的控制.     

浙江海洋浮标监测数据质量控制体系设计

准确有效的数据是开展各项海洋科学研究的基础和前提。与传统采样监测流程不同,海洋浮标在线监测从样品采集到数据结果完全实现自动化,数据质量控制的重点也不再聚焦于样品采集和分析测试阶段。文章选用浙江近年的浮标监测数据,结合浮标监测特点,从浮体稳定性、仪器设备校准、系统运行维护、数据传输接收、比对监测和异常值判定等关键环节,对浙江近岸海洋浮标监测数据质量控制体系进行设计,重点聚焦异常值判定和比对监测;建立质量控制方法库,提出浮标数据质量控制的有效、可信和相对准确3个层级的异常值判定规则,具有首创性,其中第一层为去除明显的故障值、异常值和离群值等无效数据后得到的有效数据集,第二层是经方法库选取合适的质控方法处理后得到的可信数据集,第三层是根据现场比对监测结果验证后的相对准确数据集。以浙江海洋浮标监测数据为基础提出的浮标监测数据质量控制体系的设计思路和方法,将有助于整体提升浙江近岸海域浮标在线监测数据质量,可为全国海洋浮标监测数据质量控制以及相关数据质量控制提供参考。     

海洋能发电装置现场检测平台设计

随着国际社会对海洋可再生能源开发利用的关注,众多海洋能发电装置投入研发。目前我国已有相当一部分海洋能发电装置进入海试阶段。因此,在海洋能发电装置海试的过程中,需要对海洋能发电装置的发电性能进行检测。文中介绍了海洋能发电装置现场检测平台的设计,研究并设计检测方法以满足海洋能发电装置现场检测的需求。海洋能发电装置现场检测平台的设计以满足波浪能、潮流能发电装置的测试需求为主,兼顾其他形式的发电装置。该平台主要对海洋能发电装置的功率特性、电能质量特性以及电网适应性等指标进行测试,并根据海洋能发电装置的测试结果开展分析与评价。     

An Adaptive Single Neural Control for Variable Step-Size P&O MPPT of Marine Current Turbine System

Marine current energy has been increasingly used because of its predictable higher power potential. Owing to the external disturbances of various flow velocity and the high nonlinear effects on the marine current turbine (MCT) system, the nonlinear controllers which rely on precise mathematical models show poor performance under a high level of parameters’ uncertainties. This paper proposes an adaptive single neural control (ASNC) strategy for variable step-size perturb and observe (P&O) maximum power point tracking (MPPT) control. Firstly, to automatically update the neuron weights of SNC for the nonlinear systems, an adaptive mechanism is proposed to adaptively adjust the weighting and learning coefficients. Secondly, aiming to generate the exact reference speed for ASNC to extract the maximum power, a variable step-size law based on speed increment is designed to strike a balance between tracking speed and accuracy of P&O MPPT. The robust stability of the MCT control system is guaranteed by the Lyapunov theorem. Comparative simulation results show that this strategy has favorable adaptive performance under variable velocity conditions, and the MCT system operates at maximum power point steadily.

     

Matching a Permanent Magnet Synchronous Generator to a Fixed Pitch Vertical Axis Turbine for Marine Current Energy Conversion

Extracting energy from a free-flow marine current using a vertical axis fixed pitch turbine requires a generator that can handle varying speeds and loads, since such a turbine gives maximum power capture for a fixed tip speed ratio. A prototype of such a generator has been designed and constructed. In this paper, its variable speed and load operation is evaluated, both in terms of how the constructed generator performs in relation to simulations, and in terms of how the generator could perform with three different fixed pitch turbines. Measurements of root mean square (RMS) voltage and current differ 10% from simulations. Performance analysis with example turbines shows that the generator can match fixed tip speed ratio operation of several turbines for current speeds between 0.5 and 2.5 m/s.      

A Simulation Model for the Evaluation of the Electrical Power Potential Harnessed by a Marine Current Turbine

This paper deals with the development of a Matlab-Simulink model of a marine current turbine system through the modeling of the resource and the rotor. The simulation model has two purposes: performances and dynamic loads evaluation in different operating conditions and control system development for turbine operation based on pitch and speed control. In this case, it is necessary to find a compromise between the simulation model accuracy and the control-loop computational speed. The blade element momentum (BEM) approach is then used for the turbine modeling. As the developed simulation model is intended to be used as a sizing and site evaluation tool for current turbine installations, it has been applied to evaluate the extractable power from the Raz de Sein (Brittany, France). Indeed, tidal current data from the Raz de Sein are used to run the simulation model over various flow regimes and yield the power capture with time.     

小型温差能发电装置换热系统设计与试验

以海洋观测平台温差能供电装置为对象,开展了小型温差能换热系统研究工作。设计了一种换热系统,建立了换热管热传导仿真分析模型,并通过仿真,对换热管关键参数进行了优化。在此基础上,制作了小型温差能发电装置;对换热系统和发电装置进行了试验。试验结果表明,研制的换热系统能够在22.5℃的水环境中3 h内完成热能转换,与仿真结果一致,验证了文中设计的准确性,具有科研参考价值。