涡激振动海流能发电装置质量比影响的试验研究

针对海流能转换装置的振动杆开展质量比实验研究,对质量比分别为0.38和0.85的振动杆在循环水槽中进行实验.实验结果表明:振动杆受来流影响发生了涡激振动现象,且表现出一些共性,随折合速度增加,振动频率增加,振动幅值减小,当折合速度较小时,涡激振动为单一模态,随折合速度增加,逐渐转换为多模态;质量比对振动幅值有影响,质量比小的振动杆在中低流速下的振幅大于质量比大的振动杆,但高流速下,其幅值小于质量比大的振动杆;质量比的变化对无量纲的振幅频率影响较小,两条无量纲振动频率曲线相互靠近,随折合速度增加,无量纲振动频率由1.0增至2.0以上.

基于AMESim的海流能发电装置液压传动系统的建模与仿真

通过对海流能发电装置液压传动系统的研究,建立了系统主要模块的数学模型,并基于AMESim软件平台构建了海流能发电装置液压传动系统的仿真模型,在Matlab/Simulink中设计了控制器模型,进行了联合仿真。联合仿真结果表明:采用容积调速控制可以实现海流能发电装置的变速恒频控制,从而实现能量的最大捕获和输出功率稳定。

海流能发电系统的最大功率跟踪控制研究

在海流能发电系统最大功率跟踪控制理论的基础上,设计了基于Buck-Boost型直流变换器的功率调节装置和采用功率、电流双闭环的控制系统。在Matlab/Simulink环境下进行了整机的建模和仿真研究,验证了模型和控制系统的正确性及有效性。搭建了试验平台,对海流能发电系统进行了试验研究,通过空载试验修正了最大功率曲线,通过最大功率跟踪试验获得了系统的静态功率跟踪结果,试验结果证明所设计的功率调节装置和控制系统能很好地跟踪最大功率点运行,实现系统最大功率输出。

近自由表面海流能发电装置VIVACE流激振动的实验研究

实验研究了大雷诺数、小质量比、近自由水面的弹性支撑刚性圆柱流激振动,利用了低湍流度的循环水槽施加不同来流条件,以虚拟弹簧阻尼系统(Vck)测量圆柱的流激振动幅值和频率。研究结果表明:约化速度由低到高,近自由表面处采用被动湍流控制技术(PTC)的圆柱流激振动可分为三个典型区域,分别为涡激振动区、涡激振动向驰振转化区和驰振区;涡激振动发生时,自由表面效应对光滑圆柱涡激振动以及PTC圆柱的流激振动影响不明显;驰振发生时,较大的约化速度对应较高弗劳德数,自由表面对弹性支撑刚性PTC圆柱的流激振动影响逐渐显著。研究成果可为海流能发电装置(VIVACE)提供必要的理论指导和技术支撑。

海流能发电系统功率跟踪控制策略方法研究

针对一种可伸缩式垂直轴叶轮海流能发电系统,开展最大功率跟踪控制策略研究,解决在海流动态变化过程中的最大能量捕获问题。针对现有海流能最大功率跟踪控制方法存在需要准确测量海流速度、控制系统设计复杂等问题,在分析海流能发电系统运动方程和转矩特性基础上,提出了一种基于2阶滑模控制的最佳转矩控制策略,将叶轮模型输出的转矩作为转矩环的反馈信号。仿真结果表明,所设计的功率调节装置和控制系统能动态地跟踪最大功率点,具有良好动态特性和控制效果,验证了控制策略的稳定性和有效性,对后续开展海流能发电系统实物样机设计具有实际指导意义。

海流能发电装置叶片性能及气蚀研究

对水平轴螺旋桨式海流能发电装置叶片的升阻系数特性及气蚀特性进行了数值模拟研究,研究结果与文献的试验结果较好地吻合,并得出了结论。

海流能发电装置功率控制技术研究

以25kW 级水平轴式海流能发电装置为原型,分析其小信号数学模型;根据其特性,探讨最大能量跟踪及功率控制的方法,并提出间接速度控制的最佳转矩-转速曲线跟踪方法;仿真结果验证了控制策略的正确性和可行性。

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。

海流能发电系统圆柱体振子涡激振动轨迹研究

利用振子的涡激振动进行海流能发电是当前海洋可再生能源研究的热点之一,振子的运动轨迹对发电效率和结构形式具有巨大影响。以范德波尔方程建立双自由度的结构和尾流振子耦合方程,对不同阻尼比、质量比和约化速度的振子轨迹进行分析。结果表明,约化速度是影响运动轨迹形状的主要因素,在约化速度为4~8范围内运动轨迹存在巨大变化,且在此范围内,质量比的改变引起顺流向振幅发生17倍的变化,而阻尼比则引起横向振幅产生了22倍的改变。这说明在发电系统设计中选择低质量比、低阻尼比能够有效提高发电效率和结构寿命。

双级串联水平轴海流能发电装置仿真研究

在当前全球倡导发展"低碳经济"和化石能源日益枯竭的大背景下,发展清洁的可再生能源是大势所趋,海流能具有源源不断,清洁高效的特点,如果能够妥善利用,可有效缓解能源紧缺的问题。利用仿真软件对比分析了所设计的双级串联水平轴海流能发电装置在有、无导流罩两种工况下的工作性能,验证了利用装置导流罩提高发电性能的可行性;随后,利用CFD计算方法对比分析单级、二、三级叶轮在不同转速下的水动力特性,验证了二级叶轮方案的可行性,得出最佳转速。

小功率海流能发电能量收集系统设计

针对我国大部分海域处于低流速区的情况,设计了针对低流速的小功率海流能发电能量收集系统,实现了发电机能量捕获、电能存储及负载供电控制和数据信息的采集记录。通过调节DC-DC电路输出电流,用最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)的方法,避免了传统调节方式存在对控制要求高,效率低的弊端,提高了系统的稳定性和效率。实验测试表明,系统功能满足设计要求,具有一定的应用参考价值。

融合海流能发电的海岛微电网系统组网设计及功能交互研究

为丰富海岛微电网能源利用形式,提出将海流能发电技术融入微电网控制策略中。在介绍海岛微电网整体组织架构和海流能发电系统设计方案的基础上,开展融合海流能发电技术的微电网系统组网设计和功能交互研究。结果表明,该组网设计和功能交互技术能满足海岛微电网整体控制需求,可确保海岛微电网系统更加稳定、可靠运行,在海岛上进行推广应用具有可行性。

海流发电装置轴向力分析及液压平衡装置设计

针对水平轴螺旋桨式海流能发电装置正常工作时轴向力很大的问题,运用流体力学理论、叶元动量理论及流固耦合模拟的方法,对叶片受力进行分段求解再叠加计算出轴向力。计算的轴向力与数值模拟仿真结果较好地吻合。理论分析和仿真计算表明水流流速的变化及流固耦合使轴向力呈随机非线性变化。根据轴向力规律性变化的特点,设计一种新型的液控式轴向力自动平衡装置,在Bladed和AMESim软件中建立系统联合仿真模型并进行研究,结果表明该液控平衡装置可以较好地抵消水流引起的轴向力波动,从而可以保护轴承结构。

水平轴式海流发电装置的设计研究

为了提升海流能发电装置的的能量转换效率,研发了一种水平轴式S形叶轮海流发电装置。采用升力法设计叶轮结构,建立CATIA模型并开发了模具,以便于大规模的加工叶轮。设计了9槽8极绕组水下防腐永磁发电机,并进行了发电机系统结构的设计。导流罩的线性选择使得海流速度增加14%~23%,但流速过大又造成了装置不稳定。通过工程样机海上试验,验证了永磁发电机的发电性能,同时检测了发电装置实验阶段的防水及防腐效果。轮机在流速达到0.32 m/s时即实现无负载自起动。在海水流速为2.5 m/s时,轮机的获能功率可达到1 150 W;在海水流速为2 m/s左右的海况下,轮机的实际获能功率在900 W上下,获能效率最高为32%,提高了能量的转换效率。

叶片式海流能发电装置的叶片流场仿真

为了解叶片形状对叶片式海流能发电装置流场分布的影响,以上海海洋大学研制的叶片式海流能发电装置为原型,采用FLUENT软件对7种不同形状的叶片进行了流场数值模拟,获得了不同形状叶片的速度云图及压力云图。通过比较分析不同形状叶片的外流场速度分布和压力分布情况可知,不同叶片形状对叶片式海流能发电装置外流场变化发展以及稳定运行具有一定作用。该流场分析结果充分证实了叶片形状的合理设计对实现海流能发电装置的受力情况和改善流场分布具有重要作用,并为后期装置的优化提供了可靠的理论参考依据。

一种小型海流能独立发电系统的自供电直流变换器

本文针对小功率海流能独立发电系统所处海域及其供电负载的特殊性,同时考虑发电系统自启动、低流速运行、间歇性发电和发电机输出电压低等问题,提出一种基于传统Boost电路和Buck-Boost电路复合结构的自供电直流变换器,并进行了能量收集电路系统设计。在对自供电直流变换器和发电系统进行分析的基础上,系统采用一种变步长爬山搜索的最大功率点跟踪控制方法;为延长电池的使用寿命,系统的总体控制策略根据电池荷电状态来调用相应的控制方法。最后搭建了一台额定输出功率为60W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性,以及本文所提出的自供电直流变换器的可行性和有效性。

海流发电装置研究

能源是人类不可或缺的资源,是人类社会前进的基础动力。近期由于世界范围内的能源危机,海洋新型无污染可再生能源的开发利用已势在必行。文章通过系统分析,设计出一种新型海流能发电装置。它能有效不间断地将海流能转换为电能,并且能够实现多台串并联使用,形成发电圈。与现有装置的相比,其极大地提高了海流能的利用率和转化率。

涡激振动驱动的柱群结构俘获海流能的稳定性分析

基于海流能发电涡激振动驱动俘获能量这一想法,对耦合连接的四圆柱结构在均匀海流流速下的自由涡激振动进行模拟发现:振动结构的响应幅值在较大和较小约化速度下,随组合间距比LH/D^2的变化相差较大。因此对U_r=5.71和U_r=14.29两种约化速度下结构位移幅值谱图、升力特性、相位差进行分析,结果表明:U_r=5.71时,不同间距比下各圆柱升力与位移间的相位角Φ不同,存在明显的主频且按较规则的正弦规律变化,四个圆柱对结构的振动都起激励作用,各圆柱俘获的水动能或转移到水流中的机械能相对稳定;而U_r=14.29时,各圆柱升力波动不规则,升力频率成分复杂,升力位移间的相位角Φ不明显,各圆柱俘获水动能不稳定,对结构振动起主要作用的是下游两圆柱。分析结果对柱群结构俘获海流能时其约化速度范围的确定有参考价值。

大唐荣成海流能电站基础选型、设计与施工的探索

大唐荣成海流能电站机组采用水下单立柱双悬臂结构,体系受力以水平为主。柱下独立基础坐落于海底基岩上,具有承载弯矩大、抗倾覆要求高、深水、硬岩等特点,其选型、设计和施工是海流能发电的关键技术之一。通过对基础选型和受力分析,确定了沉管法预制重力式基础形式,并进行了基础的构造设计,对其预制、浮运、沉设等施工方案、工艺和配套技术进行了探索。结果表明,该基础选型合理、设计科学、施工可行。

风流联合发电装置在远洋鱿钓渔船上的应用

为了解决现有远洋鱿钓渔船续航力受限、耗油量大、节能环保性差以及运行经济性有待提高等问题,提出一种综合利用海上风能和海洋潮流能的风流联合发电装置设计方案。该装置可通过垂直轴风机和风力发电机对海上风能进行利用,并将海流能发电装置与具有聚流作用的海锚相结合充分利用海流能进行发电,以降低远洋鱿钓渔船的燃油消耗。