【摘要】：隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境問題的日益突出,清潔可再生的波浪能資源成為近年來研究的熱點(diǎn)。直驅(qū)振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置是目前比較有前景的一種波浪能開發(fā)裝置,但能量俘獲特性存在一些弊端。本文以傳統(tǒng)直驅(qū)振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置為基礎(chǔ),提出新型的能量俘獲機(jī)制和控制方法,從水動力學(xué)入手,研究如何改善其能量俘獲特性。首先對傳統(tǒng)裝置進(jìn)行了水動力分析,基于勢流理論,考慮垂蕩運(yùn)動,建立裝置頻域運(yùn)動方程,推導(dǎo)了使裝置能量俘獲性能達(dá)到最佳狀態(tài)時,一些重要參數(shù)的理論表達(dá)式,提出一種外形優(yōu)化了的簡單振蕩浮子,為波浪能裝置的進(jìn)一步分析選取了最優(yōu)最切實(shí)際的參數(shù)和浮子。其次,本文提出了三種新型的能量俘獲機(jī)制,即耦合線性能量俘獲機(jī)制、非線性階躍機(jī)制和耦合非線性階躍機(jī)制,分別將其應(yīng)用在直驅(qū)浮子式波浪能發(fā)電裝置上,建立了頻域和時域運(yùn)動方程,對這三種新型波浪能裝置在規(guī)則波和不規(guī)則波中的能量俘獲寬度比進(jìn)行了研究,對三種能量俘獲機(jī)制中的關(guān)鍵參數(shù)對裝置能量俘獲寬度比的影響進(jìn)行了分析,并與傳統(tǒng)裝置進(jìn)行了對比。結(jié)果表明,選取合適參數(shù),非線性能量俘獲機(jī)制和耦合線性機(jī)制可以在波浪頻率低于裝置固有頻率時,改善裝置能量俘獲特性,且耦合線性能量俘獲機(jī)制可以拓寬裝置能量俘獲頻譜,耦合非線性機(jī)制集合了耦合線性和非線性階躍機(jī)制的能量俘獲特性。最后,基于非線性階躍機(jī)制的波浪能發(fā)電裝置,提出了一種磁性實(shí)時變換的控制方法,該方法優(yōu)勢在于將動子速度作為控制判斷依據(jù)而非難以預(yù)測的短期波浪時歷。本文研究了該控制方法在不規(guī)則波中的能量俘獲特性,并對穩(wěn)定平衡位置和反應(yīng)時間的影響進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:施加控制可以顯著改善非線性波浪能發(fā)電裝置的能量俘獲寬度比,其穩(wěn)定平衡位置越大,反應(yīng)時間越短,這種優(yōu)勢更明顯。
【圖文】：

圖 1 波浪能全球分布圖Fig.1 Distribution of wave energy level in the word多季風(fēng)，海域多為半封閉的邊緣海，因此多為風(fēng)浪為主的混且海況變化復(fù)雜[14]。圖 2 是我國儲量大于 100MW 的沿海省

圖 2 我國部分省份的波浪能資源分布圖Fig.2 Wave energy distribution in some China provinces置的研究現(xiàn)狀
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P743.2

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本文編號：2632241