發(fā)布時(shí)間：2020-04-30 07:06

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,人類的發(fā)展受到資源短缺和環(huán)境污染嚴(yán)重的制約,可再生能源的利用得到人們的重視,在可再生能源中,傳統(tǒng)的太陽能和風(fēng)能已經(jīng)被廣泛的研究并投入商業(yè)利用,其中波浪能具有能源密度高,儲(chǔ)量豐富,可預(yù)測(cè)性好等特點(diǎn),但是發(fā)展還處于相對(duì)滯后的狀態(tài),波浪能是一種潛力巨大的可再生能源,為了提高波浪發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電功率,目前主要研究方向有兩類:一是根據(jù)流體力學(xué),優(yōu)化采能裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)與波浪特性相匹配,實(shí)現(xiàn)最大化采集波浪能;二是通過控制方法實(shí)現(xiàn)采集的波浪能最大化轉(zhuǎn)化為電能。本文針對(duì)振蕩浮子式直驅(qū)波浪發(fā)電系統(tǒng),研究使用無源控制以及分段控制方法使系統(tǒng)穩(wěn)定輸出最大功率。本文首先闡述了課題研究的背景和意義,介紹了波浪發(fā)電技術(shù)的兩大主要組成部分:WEC(Wave Energy Converter)裝置以及PTO(Power Take-off)裝置,對(duì)振蕩浮子式WEC裝置以及PTO控制策略的研究現(xiàn)狀與發(fā)展歷程進(jìn)行詳細(xì)介紹和分析,并對(duì)無源控制的起源發(fā)展進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。其次,建立了系統(tǒng)的模型,系統(tǒng)模型的建立分為了兩部分,浮子模型的建立以及永磁同步直線發(fā)電機(jī)模型建立,對(duì)垂直圓柱體浮子受到的波浪力通過Froude-Krylov理論法進(jìn)行計(jì)算,在此基礎(chǔ)之上,分為單自由度與雙自由度浮子結(jié)構(gòu)對(duì)浮子受力模型進(jìn)行討論分析,并比較兩種浮子結(jié)構(gòu)的發(fā)電特性。建立永磁同步直線電機(jī)在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,并建立電機(jī)的等效電路模型。在Matlab/Simulink環(huán)境中搭建浮子與永磁同步直線電機(jī)的仿真模型,討論電機(jī)帶三相電阻負(fù)載時(shí)各變量波形。然后,介紹無源控制與耗散型端口受控哈密頓系統(tǒng)(Port-Control Hamiltonian Dissipation,PCHD)的理論基礎(chǔ),根據(jù)浮子的受力模型建立PCHD模型,構(gòu)造系統(tǒng)能量函數(shù),并對(duì)能量函數(shù)進(jìn)行塑形,使塑形后的能量函數(shù)滿足Lyapunov穩(wěn)定性判定定理,從而求得系統(tǒng)的控制律,并通過注入阻尼和增加互聯(lián)矩陣的方法改善系統(tǒng)的控制律。仿真驗(yàn)證無源控制分別在規(guī)則波和不規(guī)則波下的穩(wěn)定性。最后,在無源控制確保系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的基礎(chǔ)之上,引入低速空載儲(chǔ)能-高速帶載發(fā)電的分段控制策略提高系統(tǒng)的輸出功率,結(jié)合軌跡規(guī)劃的方法使分段控制中負(fù)載狀態(tài)切換時(shí)系統(tǒng)各變量平滑過渡,并對(duì)分段控制以及軌跡規(guī)劃的效果進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
【圖文】：

華南理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文浪能資源總量高達(dá)7.06GW，占全國(guó)總量的55%；其他沿岸地區(qū)的波浪能資源較一般在 144~563MW 之間[8]。我國(guó)擁有漫長(zhǎng)的海岸線和豐富的波浪能資源，但英國(guó)、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)波浪能的研究起步較晚，目前很多關(guān)鍵性技術(shù)還處索中，大多數(shù)裝置還處于早期示范階段，我們更需要大力開展相關(guān)技術(shù)研究，利用好波浪能資源。波浪能發(fā)電可以緩解能源緊缺和環(huán)境污染的現(xiàn)狀，本文所研究的振蕩浮子式波裝置相對(duì)其他波浪能發(fā)電裝置來說，具有體積小，能量密度大，靈活性強(qiáng)的島嶼供電、國(guó)防航海以及海上資源開采具有重要的意義。

第一章 緒論和振蕩物體式(Oscillating BodySystem)三種[9]，下面對(duì)這三種。水柱式波浪能轉(zhuǎn)換裝置置一般是岸式或者近岸式，是最早的波浪能捕獲技術(shù)，第一代 技術(shù)建造。OWC 裝置的原理圖如圖 1-2 所示，裝置內(nèi)部含有的運(yùn)動(dòng)而起伏，腔體一般有兩個(gè)開口，一個(gè)位于底部，海浪生振蕩；另一個(gè)開口位于水面上，用來進(jìn)行空氣的流動(dòng)，該開氣透平的渦輪機(jī)。當(dāng)水柱發(fā)生振蕩時(shí)，，腔體內(nèi)的空氣將通過動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電[10]。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM612;P743.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2645520