相位控制提高浮體帶輪波能裝置采集效率的研究
發(fā)布時(shí)間：2021-10-29 07:55
振蕩浮子式波能裝置與波浪構(gòu)成了有阻尼的強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng),其中波浪屬于激勵(lì)源,浮體為振子,系統(tǒng)以內(nèi)部阻尼的方式來采集波浪能。因此共振技術(shù)和相位控制技術(shù)是當(dāng)前用于提升振蕩浮子式波能裝置采集效率的兩種常用手段。浮體帶輪波能裝置是典型的振蕩浮子式波能裝置,前期物理模型實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn):共振技術(shù)難以有效提高浮體帶輪波能裝置的采集效率,為此,本文擬研究相位控制技術(shù)提升浮體帶輪波能裝置采集效率的可行性。本文主要研究工作如下:（1）浮體帶輪波能采集基礎(chǔ)理論的研究。根據(jù)后續(xù)實(shí)海況試驗(yàn)海域參數(shù),以及海試樣機(jī)尺寸,選擇有限水深的線性波理論,推導(dǎo)了波能裝置寬度上的有限水深規(guī)則波的功率計(jì)算公式,通過比較浮體尺寸和波長(zhǎng)的相對(duì)關(guān)系,選擇莫里森方程來計(jì)算浮體在波浪中所受到的波浪載荷。（2）浮體帶輪波能裝置物理模型相位控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的創(chuàng)建�；趲л啓C(jī)構(gòu)等效外置的思路完成浮體帶輪波能裝置物理模型的建立,基于PLC控制和電磁制動(dòng)器完成了相位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì),基于數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW語言完成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),推導(dǎo)建立了浮體帶輪波能裝置物理模型一級(jí)平均波能采集效率的計(jì)算方法。（3）浮體帶輪波能裝置物理模型相...
【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
圖１－２?Ｓｐａｒ浮標(biāo)模型（１：?１０比例）??２??
?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文???形導(dǎo)桿底部裝一個(gè)大的水平阻尼擋板，碟形浮子與下部淹沒的圓柱導(dǎo)桿發(fā)生相對(duì)??運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)液壓系統(tǒng)的活塞運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生高壓油，驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)??電，擋板的作用是通過增加周圍水的質(zhì)量來增加慣性，圓柱形導(dǎo)桿在裝置中起到??提供浮力的作用。２００８年９月，在西班牙北部的桑托菲亞海岸部署了一個(gè)４０千??瓦的原型機(jī)，己成功對(duì)該采集裝置進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電。??圖１－１?Ｐｏｗｅｒ?Ｂｕｏｙ樣機(jī)模型??ｏｗｅ振蕩水柱式波能裝置為典型的水壓式裝置，基于該裝置，提出來一種??名為Ｓｐａｒ的浮標(biāo)。它是一個(gè)完全軸對(duì)稱的裝置，由ＯＷＣ相對(duì)于浮標(biāo)的運(yùn)動(dòng)所??產(chǎn)生的氣流驅(qū)動(dòng)著一個(gè)空氣渦輪，空氣渦輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。并可通過設(shè)??計(jì)管的長(zhǎng)度來決定了內(nèi)水柱的共振頻率，基于這一概念，國(guó)外公司設(shè)計(jì)開發(fā)了好??幾種類型的波浪動(dòng)力浮標(biāo)［１２，１３］。在２０１２年，里斯本高級(jí)技術(shù)研究所（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ??Ｓｕｐｅｒｉｏｒ?Ｔ＆ｎｉｃｏ）開發(fā)出Ｓｐａｒ浮標(biāo)的一個(gè)版本，其基本原理與上述浮標(biāo)一致，??并在英格蘭北部的ＮＡＲＥＣ進(jìn)行了比例為１：?１０的模型試驗(yàn)，圖丨－２所示的傾斜??浮標(biāo)與Ｓｐａｒ浮標(biāo)有一些相似之處，由一個(gè)帶有三個(gè)傾斜浸沒尾管的浮標(biāo)組成，??這樣浮標(biāo)管組就可以在垂蕩和浪涌方向之間的夾角處進(jìn)行振蕩。??１??圖１－２?Ｓｐａｒ浮標(biāo)模型（１：?１０比例）??２??
?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文???美國(guó)俄勒岡州州立大學(xué)（Ｏｒｅｇｏｎ?Ｓｔａｔｅ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）開發(fā)／一種由升降浮標(biāo)驅(qū)??動(dòng)線性發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)［１５，１６＾如圖１－３，裝置由兩部分組成，一部分為水上漂浮浮??體，另一部分為水下的直線電機(jī)。其采集原理為直線電機(jī)固定在海底底部，并通??過繩纜與上方浮體相連，通過浮體吸收波浪能，帶動(dòng)直線電機(jī)，直接將波浪能轉(zhuǎn)??化為電能，大大地降低了能量損耗。２００８年９月，該團(tuán)隊(duì)在俄勒岡州紐波特附??近部署了一架１０ｋＷ原型Ｌ－１０?（浮標(biāo)外半徑３．５?ｍ，導(dǎo)桿長(zhǎng)度為６．７?ｍ），并進(jìn)??行了海試。??ｆｒ：，一??－ｗｒ??Ｉ?ｇｊｌｌ?■?ＳｇＤ〇Ｂ？??ＭＩ??圖１－３美國(guó)俄勒岡州州立大學(xué)的波能裝置??１．２．２國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀??我國(guó)的領(lǐng)海面積大，擁有豐富的海洋資源，波浪能作為一種新型的海洋能源，??未來將在我國(guó)的新能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)極大比重，并且波浪能的開發(fā)與應(yīng)用將成為新??能源方向的熱點(diǎn)，這將進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)海洋高科技技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。自從在２０１０??年成立國(guó)家海洋可再生能源專項(xiàng)，各大高校和科研機(jī)構(gòu)紛紛投入波浪能領(lǐng)域中。??早在２０世紀(jì)８０年代，中國(guó)科學(xué)院廣東能源１１７１所就設(shè)計(jì)了專門用于浮標(biāo)用燈的波??能裝置，并且這也是國(guó)內(nèi)唯一進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)銷售的波能裝置，如圖１－４所示。??該裝置累計(jì)銷售超過１０００臺(tái)，并且部分產(chǎn)品出口到英國(guó)、新加坡等發(fā)達(dá)國(guó)家。??Ｓｋｉ??圖１－４ＢＤ－１０２型浮標(biāo)供電波能裝置??
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]波浪能發(fā)電技術(shù)應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀及方向[J]. 張亞群,盛松偉,游亞戈,王坤林,王振鵬. 新能源進(jìn)展. 2019(04)
[2]采用數(shù)值計(jì)算和OrcaFlex軟件對(duì)纜索張力函數(shù)的分析[J]. 張大朋,白勇,姬芬芬,徐顯明,朱克強(qiáng). 石油工程建設(shè). 2019(02)
[3]直驅(qū)波浪能發(fā)電系統(tǒng)綜述[J]. 洪岳,潘劍飛,劉云,王璨,李燦,付鵬飛. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2019(07)
[4]100 kW鷹式波浪能發(fā)電裝置“萬山號(hào)”實(shí)海況試驗(yàn)[J]. 盛松偉,王坤林,吝紅軍,張亞群,游亞戈,王振鵬. 太陽能學(xué)報(bào). 2019(03)
[5]淺談我國(guó)清潔能源的現(xiàn)狀與存在問題[J]. 朱義成. 綠色環(huán)保建材. 2019(03)
[6]浮體繩輪波能采集技術(shù)的研究與試驗(yàn)[J]. 朱林森,夏欣欣,李亞軍,鄔德峰,鞠燕娜,翟強(qiáng). 太陽能學(xué)報(bào). 2019(02)
[7]A feedback latching controller for two-body wave energy converters under irregular wave conditions[J]. LIU Kun,WANG DongJiao,QIU ShouQiang,YE JiaWei,OU JinPing. Science China（Technological Sciences）. 2018(08)
[8]AQWA和HARP在TLP整體性能分析中的應(yīng)用對(duì)比[J]. 高靜坤,梁園華,劉浩,韋斯俊,楊清峽. 船海工程. 2017(04)
[9]推動(dòng)世界能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的中國(guó)智慧[J]. 程志強(qiáng). 智慧中國(guó). 2017(07)
[10]基于AQWA的半潛式平臺(tái)動(dòng)力特性分析[J]. 張劍鋒,陳海泉,孫玉清,陳鑫陽,王生海. 船舶工程. 2016(S2)
碩士論文
[1]浮體鏈輪波能采集技術(shù)的研究[D]. 夏欣欣.山東大學(xué) 2019
[2]浮體繩輪波浪發(fā)電效率提升技術(shù)的研究[D]. 李亞軍.山東大學(xué) 2018
[3]振蕩浮子式波浪能發(fā)電技術(shù)研究[D]. 鄭明月.華南理工大學(xué) 2017
[4]基于LabVIEW的工業(yè)故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 劉美珠.大連交通大學(xué) 2015
[5]漂浮式海浪發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析及控制研究[D]. 孫興旺.山東大學(xué) 2013
本文編號(hào)：3464274
【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
圖１－２?Ｓｐａｒ浮標(biāo)模型（１：?１０比例）??２??
?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文???形導(dǎo)桿底部裝一個(gè)大的水平阻尼擋板，碟形浮子與下部淹沒的圓柱導(dǎo)桿發(fā)生相對(duì)??運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)液壓系統(tǒng)的活塞運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生高壓油，驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)??電，擋板的作用是通過增加周圍水的質(zhì)量來增加慣性，圓柱形導(dǎo)桿在裝置中起到??提供浮力的作用。２００８年９月，在西班牙北部的桑托菲亞海岸部署了一個(gè)４０千??瓦的原型機(jī)，己成功對(duì)該采集裝置進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電。??圖１－１?Ｐｏｗｅｒ?Ｂｕｏｙ樣機(jī)模型??ｏｗｅ振蕩水柱式波能裝置為典型的水壓式裝置，基于該裝置，提出來一種??名為Ｓｐａｒ的浮標(biāo)。它是一個(gè)完全軸對(duì)稱的裝置，由ＯＷＣ相對(duì)于浮標(biāo)的運(yùn)動(dòng)所??產(chǎn)生的氣流驅(qū)動(dòng)著一個(gè)空氣渦輪，空氣渦輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。并可通過設(shè)??計(jì)管的長(zhǎng)度來決定了內(nèi)水柱的共振頻率，基于這一概念，國(guó)外公司設(shè)計(jì)開發(fā)了好??幾種類型的波浪動(dòng)力浮標(biāo)［１２，１３］。在２０１２年，里斯本高級(jí)技術(shù)研究所（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ??Ｓｕｐｅｒｉｏｒ?Ｔ＆ｎｉｃｏ）開發(fā)出Ｓｐａｒ浮標(biāo)的一個(gè)版本，其基本原理與上述浮標(biāo)一致，??并在英格蘭北部的ＮＡＲＥＣ進(jìn)行了比例為１：?１０的模型試驗(yàn)，圖丨－２所示的傾斜??浮標(biāo)與Ｓｐａｒ浮標(biāo)有一些相似之處，由一個(gè)帶有三個(gè)傾斜浸沒尾管的浮標(biāo)組成，??這樣浮標(biāo)管組就可以在垂蕩和浪涌方向之間的夾角處進(jìn)行振蕩。??１??圖１－２?Ｓｐａｒ浮標(biāo)模型（１：?１０比例）??２??
?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文???美國(guó)俄勒岡州州立大學(xué)（Ｏｒｅｇｏｎ?Ｓｔａｔｅ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）開發(fā)／一種由升降浮標(biāo)驅(qū)??動(dòng)線性發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)［１５，１６＾如圖１－３，裝置由兩部分組成，一部分為水上漂浮浮??體，另一部分為水下的直線電機(jī)。其采集原理為直線電機(jī)固定在海底底部，并通??過繩纜與上方浮體相連，通過浮體吸收波浪能，帶動(dòng)直線電機(jī)，直接將波浪能轉(zhuǎn)??化為電能，大大地降低了能量損耗。２００８年９月，該團(tuán)隊(duì)在俄勒岡州紐波特附??近部署了一架１０ｋＷ原型Ｌ－１０?（浮標(biāo)外半徑３．５?ｍ，導(dǎo)桿長(zhǎng)度為６．７?ｍ），并進(jìn)??行了海試。??ｆｒ：，一??－ｗｒ??Ｉ?ｇｊｌｌ?■?ＳｇＤ〇Ｂ？??ＭＩ??圖１－３美國(guó)俄勒岡州州立大學(xué)的波能裝置??１．２．２國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀??我國(guó)的領(lǐng)海面積大，擁有豐富的海洋資源，波浪能作為一種新型的海洋能源，??未來將在我國(guó)的新能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)極大比重，并且波浪能的開發(fā)與應(yīng)用將成為新??能源方向的熱點(diǎn)，這將進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)海洋高科技技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。自從在２０１０??年成立國(guó)家海洋可再生能源專項(xiàng)，各大高校和科研機(jī)構(gòu)紛紛投入波浪能領(lǐng)域中。??早在２０世紀(jì)８０年代，中國(guó)科學(xué)院廣東能源１１７１所就設(shè)計(jì)了專門用于浮標(biāo)用燈的波??能裝置，并且這也是國(guó)內(nèi)唯一進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)銷售的波能裝置，如圖１－４所示。??該裝置累計(jì)銷售超過１０００臺(tái)，并且部分產(chǎn)品出口到英國(guó)、新加坡等發(fā)達(dá)國(guó)家。??Ｓｋｉ??圖１－４ＢＤ－１０２型浮標(biāo)供電波能裝置??
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]波浪能發(fā)電技術(shù)應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀及方向[J]. 張亞群,盛松偉,游亞戈,王坤林,王振鵬. 新能源進(jìn)展. 2019(04)
[2]采用數(shù)值計(jì)算和OrcaFlex軟件對(duì)纜索張力函數(shù)的分析[J]. 張大朋,白勇,姬芬芬,徐顯明,朱克強(qiáng). 石油工程建設(shè). 2019(02)
[3]直驅(qū)波浪能發(fā)電系統(tǒng)綜述[J]. 洪岳,潘劍飛,劉云,王璨,李燦,付鵬飛. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2019(07)
[4]100 kW鷹式波浪能發(fā)電裝置“萬山號(hào)”實(shí)海況試驗(yàn)[J]. 盛松偉,王坤林,吝紅軍,張亞群,游亞戈,王振鵬. 太陽能學(xué)報(bào). 2019(03)
[5]淺談我國(guó)清潔能源的現(xiàn)狀與存在問題[J]. 朱義成. 綠色環(huán)保建材. 2019(03)
[6]浮體繩輪波能采集技術(shù)的研究與試驗(yàn)[J]. 朱林森,夏欣欣,李亞軍,鄔德峰,鞠燕娜,翟強(qiáng). 太陽能學(xué)報(bào). 2019(02)
[7]A feedback latching controller for two-body wave energy converters under irregular wave conditions[J]. LIU Kun,WANG DongJiao,QIU ShouQiang,YE JiaWei,OU JinPing. Science China（Technological Sciences）. 2018(08)
[8]AQWA和HARP在TLP整體性能分析中的應(yīng)用對(duì)比[J]. 高靜坤,梁園華,劉浩,韋斯俊,楊清峽. 船海工程. 2017(04)
[9]推動(dòng)世界能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的中國(guó)智慧[J]. 程志強(qiáng). 智慧中國(guó). 2017(07)
[10]基于AQWA的半潛式平臺(tái)動(dòng)力特性分析[J]. 張劍鋒,陳海泉,孫玉清,陳鑫陽,王生海. 船舶工程. 2016(S2)
碩士論文
[1]浮體鏈輪波能采集技術(shù)的研究[D]. 夏欣欣.山東大學(xué) 2019
[2]浮體繩輪波浪發(fā)電效率提升技術(shù)的研究[D]. 李亞軍.山東大學(xué) 2018
[3]振蕩浮子式波浪能發(fā)電技術(shù)研究[D]. 鄭明月.華南理工大學(xué) 2017
[4]基于LabVIEW的工業(yè)故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 劉美珠.大連交通大學(xué) 2015
[5]漂浮式海浪發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析及控制研究[D]. 孫興旺.山東大學(xué) 2013
本文編號(hào)：3464274
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