低启动转矩直驱型潮流能发电机关键参数分析与研究

文中首先从理论上分析直驱型永磁电机的齿槽转矩数学模型,讨论影响电机齿槽转矩的主要因素和降低永磁电机齿槽转矩的关键参数设计方法,分析直驱型潮流能发电机组加工运行过程中容易出现的影响电机齿槽转矩的主要原因。最后采用有限元仿真方法,结合样机实验测试,对永磁电机齿槽转矩进行对比分析。样机及仿真分析结果表明,直驱型潮流能发电机的启动转矩主要受电机电磁方案设计、样机加工误差及运行环境等因素影响。     

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。     

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。     

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。     

潮流能发电装置在航标灯供能中的应用与仿真研究

通过对比几种可再生能源的优缺点,提出了一种专供水中航标灯使用的垂直轴潮流能发电装置。该装置使用一套上下共轴反置的Savonius叶轮作为捕能装置。当水流流过时,叶轮转动并带动发电机发电。为了提高Savonius叶轮的发电效率,对叶片进行了流体仿真优化,得出2叶片Savonius叶轮受到更大阻力和转矩的结论。最后设计了整体结构图,该装置安装在航标灯上可以利用潮流、水流进行发电,以实现航标灯对电能需求的自给自足。     

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。     

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%。     

水平轴潮流能叶轮水动力性能比对试验

叶轮作为潮流能发电装置能量俘获机构,其水动力性能的优劣对整个装置具有决定性意义。本文设计了两种叶轮翼型方案,方案一叶轮选择了具有代表性的单一翼型,方案二叶轮选择了多种翼型组合方式。为检验两种叶轮动力学性能,分别对两种方案进行了仿真和模型试验。通过设定试验控制参数,提取观测参数,对实验数据进行处理分析,从功率系数方面对两者进行了对比,为水平轴潮流能发电装置叶轮翼型选择提供参考。     

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。     

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.     

小型海洋观测平台温差发电技术研究与验证

针对小型自主式海洋剖面观测平台电能供给问题,开展了海水温差能发电技术研究工作;设计了温差能-电能转换系统技术方案,研制了试验样机;建立了仿真分析模型,对样机的热能转换和发电性能进行了分析;最终对样机进行了模拟环境下的试验验证。试验结果表明样机在12℃的环境中能够完成低温相变,在25~28℃的环境中能够完成高温相变,发电机输出功率达130 W,达到了设计要求,设计的系统能够有效地吸收、转换海水热能,并产生电能。     

海洋能发电装备现场检测技术研究

近年来,随着海洋能发电装备研发工作的不断深入,其性能测试工作越来越受到人们的重视。因此,在综合分析目前我国海洋能发电装备研发现状以及海洋能发电装备测试需求的基础上,提出了海洋能发电装备现场检测平台设计方案。主要介绍了现场检测平台的基本功能和系统构成。该方案使得设计出的现场检测平台能够满足波浪能、潮流能等海洋能发电装备功率特性和电能质量特性的测试需求。被测海洋能发电装备可以是已进入实海况示范试验阶段的全比例尺或小比例尺工程样机。     

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。     

波浪对潮流能水轮机性能测试影响的实验研究

随着潮流能开发利用技术日趋成熟,对其测试工作也提出了更高的要求。然而,在潮流能装置性能测试中,波流相互作用的影响往往被忽略,导致测试结果不准确。为了研究波流相互作用对测试的影响方式与程度,采用物理模型试验的方法,对垂直轴潮流能发电装置模型进行了试验研究。通过分析波流作用下装置的扭矩、转速及发电功率,发现波流与发电装置耦合作用明显,相比不存在波浪影响的情况下,叶轮的转动、主轴的扭矩都变得不规则,启动流速变小,同时,扭矩、转速及发电功率的瞬时值显著增大。测试结果表明,波流相互作用对装置性能测试影响显著,平均影响程度约10%,研究结果为今后潮流能发电装置性能测试标准的制定和完善提供了参考和依据。     

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。     

双螺旋转子式波浪能发电装置数值仿真分析

将波浪能转化为电能是海洋能研究的一个热点,设计了一种利用波浪上下运动带动螺旋转子转动的双螺旋转子式波浪能发电装置。利用Fluent对双螺旋转子叶片数量、叶片长度、螺旋转子与圆管间隙之间的距离进行压力及速度分布特性的数值仿真分析,计算出双螺旋转子在不同情况下的力矩,其结果表明:对于某固定的双螺旋转子,叶片数量、叶片长度、轮缘间隙存在最佳值使转轮转矩达到最大,为下一步定量优化装置提供了理论依据。     

振荡浮子波能发电装置浮子运动性能的试验研究

振荡浮子是当下波浪能发电装置中的一种典型形式,其能量俘获装置的设计及水动力学分析是波浪能开发利用技术中的一项关键技术。振荡浮子波能发电装置采用液压机构驱动发电机作为PTO系统,研究通过水工物理模型试验的方法,以浮子的水动力性能为主要内容,讨论了浮子在波浪场作用下的运动状态,以及考虑PTO后浮子的运动特性。通过两者对比,得出了振荡浮子在液压式非线性PTO作用下运动性能,为该类装置的实用化设计提供了参考依据。     

潮流能发电装置测试平台结构设计浅析

目前我国已研制出潮流能发电装置,实海况试验是潮流能发电装置从工程样机走向规模产业化应用的关键环节,为此迫切需要建设发电装置试验测试平台以试验测试发电装置发电效率。文章就潮流能发电装置试验测试平台结构设计做进一步研究,以期为今后该类平台设计提供有益的参考。     

采用初级永磁直线电机的波浪发电技术研究

提出一种用于波浪发电的新型圆筒形初级永磁直线发电机,其次级结构简单,绕组和永磁体均位于初级。给出了发电机基本结构和组合结构,对所提出电机的基本原理进行了分析。采用瞬态有限元方法对所提出电机的空载特性和负载特性进行了仿真分析,给出了仿真结果;与传统典型的动子永磁型电机直线同步发电机进行了对比分析;并采用直线同步发电机样机验证了有限元仿真的正确性。分析结果表明所提出电机具有电压正弦度高、定位力小、转换效率高、低速发电性能好的特点,比较适合作为海浪发电机。     

新型潮流波浪集成柔性浪轮式发电轮机的研究

为了寻求波浪和潮流能集成利用的可能性,基于Gorlov浪流集成理论,提出一种新型潮流波浪集成发电轮机结构,主要包含组合式导流罩、S型叶片轮机、发电机、浮体4个部分。通过水动力理论计算、流体数值模拟以及水槽实验结合的方式,对其进行结构的优化设计。实验证实了轮机优化方案的可行性以及浪流获能合理性。