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.     

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。     

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。     

声相关海流剖面(ACCP)测量的流速估值方法

声相关海流剖面（ACCP）测量技术对水体回波信号进行空间相关处理来估计流速值，与声学多普勒海流剖面仪（ADCP）相比ACCP的工作频工，更适合深海测流应用，ACCP测量系统对回波信号进行时空相关处理，根据相关函数的位置来估计被测水团的流速值，ACCP从信号中提取流速值要运用参数估计技术，本文介绍了采用极大似然法和最小二乘法进行流速参数的处理方法，给出一些典型流速情形的数值计算结果。     

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。     

漂航状态矢量修正海流测量数据方法研究

针对舰船在漂航状态(停航不抛锚)时,海流计实测数据不准问题,基于天气海况条件良好的试验海区,分析海流计数据误差原因,提出流速矢量修正海流计实测数据的方法,将修正后结果与《T-D值表》潮流推算值对比发现:13:20时刻的流向误差为0.6％,流速误差为3％;14:20时刻流向误差为1.6％,流速误差为0％,修正效果理想,误...     

基于PAADCP 的海流流速的误差分析及校正方法

为了更加合理、有效地利用海流测速数据,必须进行误差分解和校正。通过分析相控阵声学多普勒海流剖面仪(PAADCP)测试海流流速的原理,提出了海试数据粗差区别与动态校正的算法,采用小波多尺度分析方法,降低了系统误差和随机误差,建立了海流流速的误差分析与校正方法。利用海试实测的垂向流速数据,分析了一般情况下的海流流速的误差,得到垂向流速的均值±0.02 m/s,误差精确度小于0.23 m/s,验证了方法的有效性及合理性。所得算法和方法对于海流测速数据的实时处理和后处理具有实用价值。     

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.     

新型水平轴定桨距永磁直驱潮流能发电系统设计及应用

双向潮流适应性和运行可靠性是水平轴潮流能发电系统需要解决的两个关键问题。文中研究的新型潮流能发电系统由自适应双向流水平轴定桨距潮流能透平、直驱永磁发电机、功率变换器、蓄电池储能系统以及卸荷负载组成。根据我国潮流能特点和直驱永磁发电系统的运行特性,采用翼型尾翼完成透平的双向潮流对流功能。针对离网型潮流能发电系统的功率控制,设计了基于三相不可控整流桥和双管BUCK-BOOST变换器的功率变换电路。基于Matlab/Simulink软件对20 k W潮流能发电系统各部分进行了建模与仿真分析。在实海况环境进行了现场试验。研究表明,设计的离网型水平轴潮流能发电系统能够有效地利用双向潮流能,而且在结构设计方面所采取的措施提高了系统的可靠性。     

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。     

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。     

水平轴潮流能水轮机水动力数值模拟研究

针对水平轴潮流能水轮机,对其进行了力学分析并运用CFD方法对其水动力性能进行了仿真计算。比较了定常计算与非定常计算结果的区别,运用定常计算(MRF)方法得到了表现水轮机性能的功率、扭矩和推力特性曲线,分析了水轮机在不同尖速比时的表现。对水轮机模型进行了拖曳水池试验,并与仿真数据进行了比对分析,两者吻合度较好,并分析了试验过程中出现的在尖速比较大时功率系数衰减的现象,表明CFD方法对水轮机的工程实践有着指导意义。得到了尾流场的速度云图、流线分布图与衰减曲线,结果表明相对于水轮机的直径,受到其影响后的流场存在扩张现象。分析了水轮机后不同位置处的流场衰减情况,结果显示,随着水轮机后轴向距离的不同其速度恢复差别很大,对于今后潮流能水轮机的大规模布置方式研究提供了依据。     

Research on Pitch Control Strategies of Horizontal Axis Tidal Current Turbine

Based on blade element momentum theory and generator characteristic test, a dynamic simulation model of 150 kW horizontal-axis tidal current turbine was established. The matching of the dynamic characteristics between the turbine and generator under various current velocities is studied, and the influence of the pitch angle on the matching is analyzed. For the problem of maximum power output in case of low current speed and limiting power in high current speed, the relation between optimal pitch angle and output power is analyzed. On the basis of dynamic characteristic analysis, the variable pitch control strategy is developed. The performance of the turbine under various tidal conditions is simulated. The research results show that the designed controller enables the turbine to operate efficiently under the condition of low current speed, and achieve the goal of limited power at high current speed.     

Hydrodynamic Study on Energy Capturing Performance of Horizontal Axis Blades Under Sub-Low Speed Tidal Current

The research on the hydrodynamics of blades is mainly focused on sea areas with high-speed current. However, the average velocity in most territorial waters of China is smaller than 1 m/s, and the lift type of airfoil blades has limited application in most of these conditions. Therefore, it is of great significance to study the tidal current energy capture of blades in sub-low speed sea areas. The effect of flow impact resistance on the blade at sub-low current speed is considered and a new type of thin-walled blade based on the lift type of blade is proposed, and then the lift-impact combined hydrodynamic model of horizontal axis blade is established. Based on this model, and considering the characteristics of tidal current and velocity in the sea area of Yushan Islands, simulation and optimization of blade design are carried out. Additionally, the horizontal axis thin-walled blade and the NACA airfoil contrast blade under the same conditions are developed. By using a synthetical experimental test system, the power, torque, rotational speed and load characteristics of these two blades are tested. The performance of the thin-walled blade and the design theory are verified. It shows that this type of blade has much better energy capture efficiency in the sub-low speed sea area. This research will promote the study and development of turbines that can be used in low-speed current sea areas in the future.     

基于BP神经网络的摇臂式波浪发电平台取能效率预测

取能效率是衡量波浪发电装置设计合理与否的重要参考标准。文章首先介绍了摇臂式波浪发电平台,接着对BP神经网络的原理和算法进行了描述,最后以水池试验过程中收集的数据为样本数据,在Matlab平台上运用BP神经网络对实海况下摇臂式波浪发电平台的取能效率作了仿真预测。仿真结果表明：实海况下摇臂式波浪发电平台的取能效率达到了预期目标,进一步说明BP神经网络成功训练出可靠的网络,在此基础上预测的数据具有一定的参考价值。     

波浪能发电系统转换效率实验室测试技术研究

对波浪能发电系统的转换效率的测试技术开展研究,着重探讨波浪能发电系统转换效率的实验室测试方法和技术手段.     

基于GPRS的网络化实时海流监测系统的研究

针对目前海流监测中存在的种种弊端,提出基于GPRS的网络化实时海流监测系统.介绍了系统的工作原理,设计了具有海流监测功能的多参数水文监测仪器,并给出了远程数据中心监控应用软件和数据中心服务器的实现方法.     

海洋能开发的多能互补装置及分布式发电系统

海洋能种类多、储量大、可再生、污染少,是可持续开发的重要清洁能源。针对海洋能具有波动性、能量密度低的特点,利用不同能源之间的互补性开展多能互补装置及分布式发电系统研究的意义重大。文章根据各种海洋能的开发利用特点,阐述当前多能互补发电装置的理论模型及其基本结构,为海洋能综合发电装置设计和降低海洋能开发成本提供参考;利用各种海洋能、风能和太阳能之间的互补性,优化多种能源的配置,构建分布式发电微网,使系统获得稳定的电力输出,可实现海洋能的有效利用;多能互补模式能提高海洋能开发的经济性和能量利用率,具有较大的发展前景。