振荡浮子式波能装置水动力性能及优化控制

论文摘要

随着全球能源的需求不断增长,促进了新能源技术的发展,尤其是波浪能技术。各式各样的波能装置得到了广泛应用。振荡浮子波能装置结构简单、适用范围广,开发潜力巨大。在国外,一些振荡浮子波能装置已经接近商业化,而国内发展相对滞后。我国多为半封闭海域,波浪周期短、能量密度相对较低,国内外海况相差较大。因此,必须走自主研发之路。本文针对振荡浮子式波能装置展开研究,研究的主要内容如下:(1)基于势流线性波理论,建立了波能装置水动力数学模型。运用商业水动力软件AQWA对波能装置进行水动力计算获得波能装置基本水动力系数,在此基础上通过建立的数学模型研究浮子直径吃水比、PTO阻尼系数和锚链等因素对波能装置水动力性能的影响。并提出适用我国海域的波能装置优化以及改进方案。(2)波能装置工作时,实际上会有六自由度运动,其中纵摇运动较其它自由度运动更为明显,而往往研究振荡浮子式波能装置一般只考虑波能装置垂荡运动。本文考虑纵摇对波能装置的影响,在MATLAB/SIMULINK平台上搭建了波能装置仿真模型,分析不同海况条件下,纵摇对波能装置运动性能和功率特性的影响。(3)推导波能装置状态空间表达式,根据表达式建立目标函数,考虑浮子速度、位移、PTO输出力等约束的条件下,讨论线性模型预测控制在波能装置上的应用。结合水动力优化进行优化控制,实现波能装置在波浪中能量俘获最优以及运行状态最佳。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 波浪能资源分布
•     1.2.1 全球海域波浪能资源概况
•     1.2.2 中国海域波浪能资源概况
•   1.3 振荡浮子式波浪能发电装置
•     1.3.1 国外研究现状
•     1.3.2 国内研究现状
•   1.4 波能转换技术研究现状
•     1.4.1 水动力研究现状
•     1.4.2 控制技术研究现状
•   1.5 主要研究内容
• 第2章 波能发电装置水动力基本理论
•   2.1 浮体运动基本方程
•     2.1.1 线性波理论
•     2.1.2 控制方程
•   2.2 浮体频域计算方法
•     2.2.1 速度势求解
•     2.2.2 频域运动方程
•     2.2.3 格林函数法
•   2.3 浮体时域计算方法
•     2.3.1 附加质量和时延函数
•     2.3.2 时域波浪力
•   2.4 本章小节
• 第3章 波能装置垂荡运动水动力性能研究
•   3.1 物理模型
•   3.2 装置主体参数及水动力参数
•     3.2.1 主体参数
•     3.2.2 水动力参数
•   3.3 浮子直径吃水比影响
•   3.4 PTO阻尼影响
•   3.5 锚链系统影响
•   3.6 本章小结
• 第4章 纵摇对波能装置水动力性能影响的研究
•   4.1 波浪能装置纵摇模型
•   4.2 WEC-SIM
•   4.3 波能模型时域模拟
•     4.3.1 仿真验证
•     4.3.2 垂荡模型时域模拟
•     4.3.3 垂荡和纵摇耦合时域模拟
•   4.4 不同周期情况下纵摇模型发电功率分析
•   4.5 本章小结
• 第5章 波能装置线性模型预测控制
•   5.1 波能装置运动模型
•   5.2 最优化控制
•   5.3 MPC规则
•   5.4 控制算法应用
•   5.5 不规则波条件下波能装置运动性能
• 结论
• 研究工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A
• 附录B

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄宇明

导师: 张学伟,王晓航

关键词: 波浪能装置,纵摇,模型预测控制

来源: 哈尔滨工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,新能源,电力工业

单位: 哈尔滨工程大学

分类号: TM612;P743.2

DOI: 10.27060/d.cnki.ghbcu.2019.000124

总页数: 86

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