波浪能發(fā)電裝置,即利用海浪運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能輸出的發(fā)電裝置。波浪能發(fā)電機(jī)理研究在國(guó)內(nèi)外受到普遍關(guān)注,且波浪能發(fā)電轉(zhuǎn)換研究也呈現(xiàn)交叉學(xué)科多樣性,而不僅僅局限于機(jī)械設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。著重討論基于直線發(fā)電的波浪能轉(zhuǎn)換系統(tǒng),旨在對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外直線發(fā)電式波浪能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的研究進(jìn)展作綜述,內(nèi)容包括:發(fā)電裝置的水動(dòng)力學(xué)理論,直線發(fā)電機(jī)種類及相關(guān)轉(zhuǎn)換、控制系統(tǒng)的歸類,進(jìn)一步分析比較各種研究方法的利弊。此外,歸納了基于直線發(fā)電機(jī)制的波浪能發(fā)電場(chǎng)的考慮條件及研究,為直線發(fā)電波浪能場(chǎng)的實(shí)際工程應(yīng)用提供參考。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2019,39(07)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：15 頁(yè)

【部分圖文】：

世界范圍測(cè)得的波浪能流密度[kW/m]分布Fig.1Worldwaveenergyresource(thenumbers

波浪能放電系統(tǒng)的開(kāi)路電壓：0dcos()dxNkkxt(20) 2直線發(fā)電機(jī)的分類直線發(fā)電機(jī)的相關(guān)研究在20世紀(jì)中期開(kāi)始迅速發(fā)展，至今直線發(fā)電機(jī)主要應(yīng)用于航空航天、船舶、汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械等發(fā)電領(lǐng)域。直線發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、振動(dòng)孝機(jī)械磨損小及噪音低等特點(diǎn)[41]。直線發(fā)電機(jī)將直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�，一般由直線運(yùn)動(dòng)的定子與轉(zhuǎn)子構(gòu)成。與旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)相比，可看成將旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿徑向剖開(kāi)，在平面上延展，取代旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了定子與動(dòng)子間的相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)[42]。圖4為直線發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意。定子線圈動(dòng)子圖4直線發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖Fig.4Asimplestructureoflineargenerator按照發(fā)電原理，目前應(yīng)用于波浪能發(fā)電的直線發(fā)電機(jī)可分為3類：永磁體同步發(fā)電機(jī)、感應(yīng)發(fā)電機(jī)及開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)。永磁同步發(fā)電機(jī)采用永磁體作為勵(lì)磁材料，具有功率大、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高等優(yōu)勢(shì)，因無(wú)需直流勵(lì)磁繞組而支持海浪的直接驅(qū)動(dòng)，引起較多學(xué)者的重視。感應(yīng)發(fā)電機(jī)主要通過(guò)動(dòng)子產(chǎn)生的感應(yīng)電流實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)構(gòu)堅(jiān)固以及易于控制的優(yōu)點(diǎn)，在風(fēng)能和水利發(fā)電系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用。在開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)中，動(dòng)子既無(wú)繞組也無(wú)永磁材料，定子采用集中繞組結(jié)構(gòu)。通過(guò)定子繞組勵(lì)磁，可將波浪能轉(zhuǎn)化為脈動(dòng)直流電能，發(fā)電機(jī)具有控制靈活、成本較低、容錯(cuò)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。下文將詳細(xì)討論3種直線發(fā)電機(jī)的原理和特點(diǎn)。2.1永磁同步發(fā)電機(jī)永磁直線發(fā)電在波浪能發(fā)電領(lǐng)域中研究廣泛，與其他原理的電機(jī)相比，永磁同步電機(jī)可產(chǎn)生較高的推力密度，低速運(yùn)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)較好的能量轉(zhuǎn)換效率。圖5給出永磁同步直線發(fā)電機(jī)的橫截圖，永磁體材料一般以條形或片形排列鑲嵌在動(dòng)子上，

動(dòng)子產(chǎn)生的感應(yīng)電流實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)構(gòu)堅(jiān)固以及易于控制的優(yōu)點(diǎn)，在風(fēng)能和水利發(fā)電系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用。在開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)中，動(dòng)子既無(wú)繞組也無(wú)永磁材料，定子采用集中繞組結(jié)構(gòu)。通過(guò)定子繞組勵(lì)磁，可將波浪能轉(zhuǎn)化為脈動(dòng)直流電能，發(fā)電機(jī)具有控制靈活、成本較低、容錯(cuò)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。下文將詳細(xì)討論3種直線發(fā)電機(jī)的原理和特點(diǎn)。2.1永磁同步發(fā)電機(jī)永磁直線發(fā)電在波浪能發(fā)電領(lǐng)域中研究廣泛，與其他原理的電機(jī)相比，永磁同步電機(jī)可產(chǎn)生較高的推力密度，低速運(yùn)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)較好的能量轉(zhuǎn)換效率。圖5給出永磁同步直線發(fā)電機(jī)的橫截圖，永磁體材料一般以條形或片形排列鑲嵌在動(dòng)子上，定子繞組每一相串聯(lián)構(gòu)成�？捎糜诎l(fā)電機(jī)的永磁材料一般有鋁鎳鈷、鐵氧體、釹鐵硼和釤鈷等，其中鐵硼具有高磁性能優(yōu)勢(shì)，因此在波浪能發(fā)電機(jī)的應(yīng)用中較為常見(jiàn)。磁性材料動(dòng)子導(dǎo)線定子圖5永磁體直線發(fā)電機(jī)的橫截面Fig.5Crosssectionofapermanentmagnetlineargenerator永磁直線發(fā)電機(jī)一般從電機(jī)結(jié)構(gòu)可分為單邊型、雙邊型和圓筒型。單邊型和雙邊型永磁直線發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但具有橫向、縱向端部效應(yīng)，且發(fā)電時(shí)需克服定子與動(dòng)子間的吸引力[43]；而圓筒形永磁直線發(fā)電機(jī)能量轉(zhuǎn)換效率高、無(wú)需端部繞組、徑向無(wú)吸力，但具有造價(jià)高的劣勢(shì)。由于永磁體材料須長(zhǎng)期工作于在海洋環(huán)境，易出現(xiàn)退磁和銹蝕等現(xiàn)象[44]，嚴(yán)重制約永磁發(fā)電機(jī)的性能。直線發(fā)電機(jī)的發(fā)電特性與其機(jī)械結(jié)構(gòu)與材料緊密相關(guān)，開(kāi)路輸出值大小取決于動(dòng)子的線速度，并且受動(dòng)定子間的有效面積影響[45]。以永磁體直線發(fā)電機(jī)為例，圖6給出了三相永磁體直線發(fā)電機(jī)在無(wú)規(guī)律海浪作用下輸出單相電壓的例子，可見(jiàn)永磁體直線發(fā)電機(jī)輸出變?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]關(guān)于海洋新能源選址的難點(diǎn)及對(duì)策建議——以波浪能為例[J]. 鄭崇偉,李崇銀.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(02)
[2]渤海、黃海、東海波浪能資源評(píng)估[J]. 姜波,丁杰,武賀,江興杰,葉欽,張軍.  太陽(yáng)能學(xué)報(bào). 2017(06)
[3]直驅(qū)式波浪能發(fā)電場(chǎng)的布局優(yōu)化研究[J]. 顧麗玲,秦川,鞠平,陶愛(ài)峰,吳善翔.  可再生能源. 2017(03)
[4]國(guó)家波浪能和潮流能試驗(yàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系框架構(gòu)建初探[J]. 王靜,韓林生,王鑫,石建軍.  標(biāo)準(zhǔn)科學(xué). 2016(05)
[5]漂浮式波浪能直線發(fā)電原理試驗(yàn)研究[J]. 林禮群,姜家強(qiáng),吳必軍,吳春旭.  太陽(yáng)能學(xué)報(bào). 2016(03)
[6]基于ERA-Interim高分辨率數(shù)據(jù)的中國(guó)東海南海波浪能評(píng)估[J]. 萬(wàn)勇,張杰,孟俊敏,王晶.  太陽(yáng)能學(xué)報(bào). 2015(05)
[7]直驅(qū)式波浪發(fā)電用全超導(dǎo)初級(jí)勵(lì)磁直線發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)與分析[J]. 黃磊,胡敏強(qiáng),余海濤,施智祥,仲偉波.  電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2015(02)
[8]波浪發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展及直驅(qū)式波浪發(fā)電系統(tǒng)研究綜述[J]. 肖曦,擺念宗,康慶,聶贊相,黃宣睿.  電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2014(03)
[9]釣魚(yú)島、黃巖島海域風(fēng)能及波浪能開(kāi)發(fā)環(huán)境分析[J]. 鄭崇偉,游小寶,潘靜,陳曉斌.  海洋預(yù)報(bào). 2014(01)
[10]某波浪能與潮流能海上測(cè)試場(chǎng)總體布置設(shè)計(jì)[J]. 鐘耀,孫莉,劉功鵬.  水力發(fā)電. 2013(11)

碩士論文
[1]基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的波能發(fā)電網(wǎng)絡(luò)研究[D]. 李倩龍.深圳大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3383866