水平轴海流能机组传动链主动阻尼控制技术

为了减小海流能发电机组在弱阻尼状态下的传动链谐振,借鉴风电领域的动态加阻技术,为海流能传动链设计主动阻尼控制器,通过海流能发电机组的转矩控制系统,给发电机施加和转速波动方向相反的波纹转矩.主动阻尼控制使传动链系统极点远离虚轴,为传动系统增加等效阻尼,减小谐振.为了准确得到传动链的低阶模态,利用多体系统法和有限元仿真方法,对传动系统的参数进行辨识,根据传动系统拖动实验的转速波动信号,对理论分析的结果进行验证.通过Matlab/Simulink的建模仿真以及650 kW海流能机组在低流速工况下的等效海试实验,验证了主动阻尼控制对传动系统的有良好的减振效果.

导流罩水动力特性及其对海流能机组的作用

为了提高海流能发电装置的能量捕获效率和有效的发电时间,采用FLUENT对9种结构型式导流罩进行数值模拟,并研究分析不同结构参数对翼型导流罩水动力性能的影响,在此基础上提出翼型导流罩的设计方法,最后基于该方法设计500 W海流能机组翼型导流罩。研究结果表明:相比于其他8种结构型式导流罩,翼型导流罩具有最佳的水动力性能;基于翼型导流罩设计方法设计的500 W海流能机组翼型导流罩不仅可以降低机组启动流速,而且可以在入口流速为额定流速的情况下提高62.1%的捕获功率。

水沙环境对海流能机组水动性能的影响

为了探究水沙环境下海流能机组的水动特性,首先采用CFD-DPM模型仿真沙粒对120 kW海流能叶片翼型升阻力系数的影响,再基于叶素动量理论(BEM,blade element momentum)计算水沙环境下120 kW海流能机组的捕获功率,最后从叶片设计的角度出发,提出了为能充分利用沙粒对海流能机组功率的促进作用以及尽量减小沙粒对海流能机组功率的削弱的方法。研究结果表明:当颗粒直径为20μm时,随着沙粒质量浓度的增加,沙粒能够促使海流能机组功率提升,当颗粒直径为2 500μm时,海流能机组功率因沙粒的存在而被削弱;随着翼型攻角增大,翼型升力系数增大,颗粒对翼型升阻力系数的影响程度增强,升阻力系数的变化量增加;小升力系数的翼型可以充分利用小直径颗粒对机组的功率提升,也可以降低大直径颗粒造成的机组功率削弱。

水沙环境下海流能机组翼型水动性能

为了研究水沙环境下海流能机组的水动特性,本文以120 kW海流能叶片的NACA63-翼型为研究对象,采用SST k-ω湍流模型和离散相(DPM)模型进行数值计算,研究不同颗粒属性对翼型升阻力系数的影响。研究结果表明:当颗粒直径大于100μm时,翼型升力系数小于无颗粒时的升力系数,当颗粒直径小于100μm时,升力系数大于无颗粒时的升力系数;随着颗粒直径增大,颗粒惯性增大,颗粒独立性增强,升力系数在先减小后增大的趋势中波动;随着颗粒形状因子增大,颗粒阻力减小,颗粒独立性增强,升力系数减小,阻力系数增大;颗粒质量浓度对翼型升阻力系数影响最大,升阻力系数与颗粒质量浓度呈线性关系,当颗粒质量浓度为5.522 g/L时,相比于无颗粒翼型升力系数减小了0.478%,阻力系数增大了6.676%。

基于变桨系统的功率与载荷双目标协同控制

为了保证机组功率的稳定及尽可能降低机组载荷,以600 kW水平轴海流能发电机组为对象,围绕功率和载荷2个方面设计基于功率与载荷双目标的协同变桨控制策略.在功率方面,基于黄金分割法将流速段分割,每段采用不同的fuzzy PID控制;在降载方面,采用d-q变换的方式,从叶轮坐标系将叶根弯矩变换到d-q坐标系,实现了三维转二维的简化,基于PID进行控制,经过Coleman反变换将结果输出给变桨执行机构,完成独立变桨.通过Matlab/Simulink和海流能分析软件Bladed进行联合仿真.结果表明,采用该控制策略,可以在保证功率稳定的同时,显著降低叶轮的不平衡载荷.