新型潮流能发电装置的水动力学特性模拟

为深入分析水平轴潮流能发电装置的水动力性能,文章建立了叶轮和导流罩模型,使用计算流体力学理论(CFD)和流体仿真软件FLUENT对水轮机叶轮与导流罩周围的流场分布进行模拟分析,并对3种叶片数和6种导流罩张角下的水轮机进行数值模拟,模拟结果表明:当叶片数为4,导流罩张角为25°时,水轮机输出功率与获能效率均达到了较为理想的效果。研究结果可为今后新型水平轴潮流能发电装置的结构设计与优化提供参考和依据。

潮流能发电系统最大功率跟踪控制算法研究

实现潮流能利用效率的最大化是研究潮流能发电的关键问题。在Simulink下设计基于boost变换器的直驱式潮流能发电系统仿真模型,分别建立基于占空比扰动法、定步长爬山法、变步长爬山法的仿真实验模型,并在同一输入条件的基础上对不同最大功率跟踪算法的控制效果进行比较。结果表明:变步长爬山法能够在潮流流速较低时更有效地跟踪潮流能发电系统的最大功率且具有更好的稳定性。

海洋潮流能发电机组控制系统开发

海洋潮流能是一种清洁的可再生能源,开发海洋潮流能对缓解能源和环境问题具有重要的意义。潮流能发电机组控制系统是潮流能发电的关键技术之一。文中介绍了潮流能发电机组控制系统的组成和采取的核心控制技术。从硬件电路设计和软件程序开发2个方面详细说明了潮流能发电机组控制系统中蓄电池充放电控制、能耗负载控制和自动变桨距控制的原理。实验结果表明所开发的控制系统能够保证发电系统可靠、安全、稳定地运行。

我国自主研发潮流能发电装置的现场测试与评价分析

随着越来越多海洋能发电装置的研发和海试,对其运行状况和发电效果进行测试的需求也越来越迫切。针对我国自主研发的LHD-L-1000林东模块化大型海洋潮流能发电机组的特点,提出了现场测试与评价分析方法,通过实海况测试,从功率特性和电能质量特性两方面综合评价其发电性能。测试结果表明,在功率特性方面,200 k W机组的最大输出功率、转换效率、年发电量均优于300 k W机组;在电能质量特性方面,两台机组的电压偏差、频率偏差、谐波、电压不平衡度和电压波动均满足国家电能质量相关标准,长闪变出现超标。研究成果为潮流电站运营者制定合理有效的运行调度方式及改善措施提供参考。

水平轴潮流能发电机组独立变桨距系统

针对水平轴潮流能发电机组轮毂空间小、变桨角度大、变桨力矩大等特点,设计一种新型的基于电液比例控制的齿轮齿条传动方案的独立变桨距系统.该系统机械结构紧凑,占用空间小,各个桨叶变桨执行机构相互独立.在分析变桨距载荷的基础上,建立系统的数学模型,并在AMESim软件中对系统进行了仿真研究.仿真结果表明:该系统顺桨变桨180°只需1.1s,逆桨变桨180°只需3.4s,响应速度快,稳定性好,并且可以实现独立变桨,满足了水平轴潮流能发电机组的变桨要求.

低流速水平轴潮流能发电装置桨叶的研究

提出一种桨叶设计流速的计算方法,使以此设计的桨叶在一个变化的流速范围内获得较好的捕能效率。首先,对实验地点的海水流速变化进行测试分析,通过计算确定桨叶的设计流速;其次,在叶素动量理论的基础上采用Wilson的优化设计法,通过Matlab软件计算8 kW水平轴潮流能发电装置的桨叶外形参数,并对其在不同流速下性能进行数字预测。最后,在实际海况下对捕能装置进行测试,实验结果表明捕能装置性能和数字预测基本一致,验证了设计方法的正确性和有效性。

孤岛模式下潮流能发电系统协调控制策略

为提高孤岛模式下潮流能发电系统稳定性,深入研究了潮流特性及逆变器控制策略,对孤岛电网内部各子系统进行了建模分析。孤岛电网采用基于V/f控制为主、PQ控制为从的运行方案,提出V/f逆变器直流母线并联适量储能装置的方案,既增加了系统可靠性与经济性,又解决了重要负荷供电问题。为保证V/f逆变器直流母线电压稳定,提出基于直流母线电压变化系数的控制算法。考虑孤岛模式下负荷与微源出力变化对电网稳定性的影响,引入孤岛电网调节裕度,提出适用于潮流能发电调节裕度最优的控制算法。通过PSCAD软件进行仿真分析,结果表明提出的控制算法能够保持孤岛电网稳定。实验验证了所提控制算法的可靠性和有效性。

潮流能发电系统性能评估方法研究

近年来,随着国家能源战略及全球海洋能技术的不断发展与进步,国内潮流能发电装置及发电系统的研究与示范取得了重大进展和良好的发展趋势。潮流能发电系统模型或工程样机实海况条件下的性能评估是衡量其设计优劣、促进产业化应用的重要环节,因此建立相应的评估方法尤为必要。目前,全球范围内尚未形成成熟、统一的国际标准。为此,参考相关研究报告及文献,从功率、效率和产能等方面定量地给出了系统性能评估的指标,以期为我国潮流能发电装置研究规范化提供参考。

大规模潮流能发电接入电网的调峰充裕性评估

随着潮流能发电技术日趋成熟,大规模的潮流能发电系统将并网运行。潮流能发电系统的输出功率每天随时间在零和最大功率之间变化,这对电网的调峰能力提出了新的挑战。文章基于非序贯蒙特卡洛模拟方法,通过计算调峰不足概率指标对大规模潮流能并入电网条件下的电网调峰充裕度进行评估,研究潮流能极限接入功率,并与风电接入后系统的调峰充裕性进行比较,由于潮流能的可预测性,潮流能的接入对系统调峰充裕度的影响远远小于风力发电。通过对IEEE-RTS32机测试系统进行仿真分析,验证了所提方法的可行性和有效性。

潮流能发电装置输电特性综合评估研究

以潮流能装置输电特性为例,总结潮流能装置输电特性的各项指标,并基于合格率对指标进行标准化预处理;在深入研究集对分析理论的基础上,提出基于广义集对分析潮流能发电装置输电特性的综合评估模型;之后采用改进离差最大化法为评估模型中各指标赋权,该方法包括三步:首先利用熵值法得到指标属性权重,之后运用拉格朗日函数求解指标可变权重,最后将可变权重归一化处理得到该综合评估模型的指标权重向量。最后通过算例验证该评估模型的有效性。

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。

轮缘驱动型潮流能发电系统数值分析与试验研究

分析轮缘驱动型潮流能发电系统能量转换基本原理,介绍结构特点及设计方法。并采用样机实验结合CFD数值模拟的方法,分析叶轮、发电机在不同工况下的功率特性以及发电系统综合输出特性,样机实验结果可验证CFD数值方法的有效性。样机及仿真分析结果表明一体化设计的轮缘发电系统综合性能受叶轮叶尖速比,安装桨距角,发电机运行转速及发电机电气负载等因素综合影响。

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。

轮缘驱动型潮流能发电系统启动特性研究与分析

轮缘驱动型潮流能发电系统将导流罩、叶轮和发电机集成为一体化设计,叶轮直接驱动发电机旋转发电。最小启动流速是衡量系统性能的一个重要指标,决定其启动性能的主要因素为叶轮启动力矩、系统摩擦力矩和发电机齿槽转矩。对影响系统启动性能的主要因素进行了分析,详细分析了叶轮启动转矩和发电机齿槽转矩特性。使用理论分析结合有限元仿真方法分析了轮缘驱动型潮流能发电样机系统的启动特性,并通过样机实验验证了理论分析的正确性。本文的分析结论可以为轮缘驱动型潮流能发电系统的设计和分析提供一定理论指导。

岱山海域潮流能发电并网示范工程设计方案分析

岱山海域潮流能发电并网电力系统是国内首个实现潮流能发电并网商业化运行的示范工程,标志着我国向商业化潮流能发电迈出了关键的一步。从接入系统方案、系统电气计算分析、海缆工程设计3方面入手,详细阐述了岱山海域潮流能发电并网设计技术方案的可行性及存在的问题,并给出了初步解决方案,为该工程的最终实施提供了技术支持。

基于叶素动量理论的潮流能发电机组叶片设计方法

近年来,海洋能因其分布范围广、储量大及能量密度高而被认为是最具开发潜力的可再生能源。与其他海洋能源相比,潮流能具有着很强的规律性和可预见性;从发电技术层面及能量转化层面综合考虑,海洋潮流能发电是最易实现的海洋能发电技术。潮流能机组的叶片的水动力外形的设计的优劣直接影响能量转换的效率,叶片水动力设计是提高能量转换利用效率最现实有效的办法,本文提出的一种基于叶素动量理论(BEM)的潮流能发电机组的叶片设计方法,并基于BEM设计方法对潮流能叶片水动力外形进行设计,以供相关研发人员参考。

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。

基于SACS的重力式潮流能发电装置试验平台波流荷载下疲劳分析

管节点是重力式海洋平台结构关键却薄弱的构件,海洋平台的失事很多也是由于构件疲劳造成的,因此对管节点进行合理的疲劳分析,可以有效地减少管节点的应力集中,增加节点疲劳寿命。以重力式潮流能发电装置试验海洋平台为例,采用三维SACS软件建立平台结构模型,依据现有设计资料,应用SACS软件对平台进行基于线弹性响应的静态加载条件下结构分析,并计算相应节点应力,根据S-N曲线计算在各种工况下平台的管节点的疲劳损伤,其目的是为重力式可升降海洋平台设计建造以及疲劳分析提供一些有益的参考。

轮缘驱动型潮流能发电系统的设计与试验

分析了轮缘驱动型潮流能发电系统的结构特点,讨论了系统的能量捕获原理及轮缘发电机能量转化模型。给出了系统相关设计参数,并利用有限元方法对轮缘发电机的气隙磁密、齿槽转矩等电磁特性进行了仿真分析。对样机系统开展了水下运行试验,讨论了试验样机的输出电压、功率以及转速等特性。仿真和样机试验结果验证了系统参数设计的合理性,为下一步设计更大功率等级的轮缘驱动型潮流能发电系统提供了可靠的指导方法。

潮流能发电机组功率特性测试研究

随着越来越多海洋能发电装置的研发和海试,对其运行状况和发电效果进行测试的需求也越来越迫切。但是,目前我国还未简称功能完备的海洋能发电装置测试场。而我国目前在潮流能发电装置功率特性现场测试领域内,还没有相关技术标准。