垂蕩浮子式波能轉(zhuǎn)換裝置水動力性能研究.pdf

1、隨著日益增長的能源需求與日漸枯竭的傳統(tǒng)能源之間矛盾不斷加劇，人們將眼光轉(zhuǎn)向了蘊(yùn)含巨大能量的海洋波浪能。雖然相比其他可再生能源，對波浪能的研究和開發(fā)起步較晚，但是經(jīng)過各國研究人員努力，現(xiàn)已提出了多種不同原理的波能轉(zhuǎn)換裝置概念，并且部分已經(jīng)得到了工程上的應(yīng)用。波浪能利用技術(shù)的關(guān)鍵在于波能轉(zhuǎn)換裝置WECs（Wave Energy Converters）的設(shè)計。本文的研究對象是垂蕩浮子式波能轉(zhuǎn)換裝置，它以一個做垂蕩運(yùn)動的浮子作為吸收波浪能的載體

2、，采用直接驅(qū)動線性發(fā)電機(jī)驅(qū)動發(fā)電，實現(xiàn)從波浪能到電能的轉(zhuǎn)換。通過頻域分析和時域模擬等研究手段，探索不同控制策略以及浮子形狀參數(shù)對波能轉(zhuǎn)換裝置水動力性能和波能俘獲特性的影響。
　　首先采用頻域分析方法，考慮直接驅(qū)動的垂蕩浮子式波能轉(zhuǎn)換裝置，建立該裝置的頻域運(yùn)動方程，獲得該裝置的頻率響應(yīng)函數(shù)，分別推導(dǎo)了WEC在規(guī)則波和不規(guī)則波作用下的時間平均波浪吸收能和能量俘獲寬度，并詳細(xì)討論了四種不同線性PTO(Power-Take-Off)力控制

3、方法對裝置波浪能吸收最大化和能量俘獲寬度的影響，其中在規(guī)則波中采用最優(yōu)因果控制，在不規(guī)則波中采用次優(yōu)因果控制。
　　其次采用以狀態(tài)空間模型替代時域運(yùn)動方程卷積項的方法，建立Matlab Simulink時域仿真模型對裝置進(jìn)行時域模擬，探索不同控制策略下浮子運(yùn)動特性以及波浪能吸收隨時間變化規(guī)律。通過和頻域結(jié)果比對，驗證狀態(tài)空間模型替代方法的準(zhǔn)確性，并進(jìn)一步研究四種線性PTO力控制方法的機(jī)理。
　　然后，采用時域仿真模型，研究了

4、非線性閉鎖控制方法對裝置波浪能吸收的影響，結(jié)果表明閉鎖控制夠在有效控制的基礎(chǔ)上提高WEC的速度從而增大波浪吸收能，同時也不會產(chǎn)生無功功率，但是閉鎖控制下的能量輸出是不連續(xù)的，這就需要PTO具有一個短期蓄能的裝置，而在直接驅(qū)動系統(tǒng)中是難以實現(xiàn)的。為了與實際情況相符，在時域仿真模型中加入止動系統(tǒng)來約束浮子的最大位移，結(jié)果表明止動系統(tǒng)能夠很好地控制裝置的位移幅值，但是當(dāng)采用復(fù)共軛控制時會進(jìn)一步增大所需的PTO力。
　　最后，在保證經(jīng)濟(jì)性