水平轴海流能发电机械关键技术研究

【摘要】： 经济和社会不断发展使人类对能源的需求持续增加,同时人类又面临着严重的环境保护问题,如何实现经济和社会的可持续发展是世界各国所面临的共同问题。海流能是一种新型绿色可再生能源,其蕴藏量巨大,但恶劣的海洋环境是海流能开发的不利条件,它给透平装置、机械结构的设计及机组的功率稳定输出带来很大的困难。研究论证水平轴式海流能发电装置的可行性、提高其恶劣环境下的生存能力及可靠性、提高机组的功率稳定性并实现最大能量捕获等都是海流能开发领域中的重要课题。 作为一种系统集成创新的利用海流动能来发电的装置,水平轴式海流能发电装置的研制存在若干关键技术,本文通过理论分析、数学仿真及厂房试验、现场试验等手段对其进行了研究。首先通过动量理论对叶轮的最大能量捕获规律进行分析,并运用流体动力学理论及数值模拟方法对叶片翼形进行水动力学特性的研究及设计。在传动系统方面,重点研究了三分流三合流的半直驱式传动方案及液压式能量传动方案,通过对半直驱传动方案的厂房试验结果、现场试验结果及液压传动方案的仿真试验结果的分析,明确两种传动方案的优缺点。功率输出的稳定性及能量捕获的最大化也是海流能发电装置的一个关键技术,论文在对电气控制方案实现最大能量捕获控制方式进行简单介绍后,对采用液压容积调速方法的液压式能量传动系统在功率稳定及最大能量捕获方面的应用进行了重点研究,结果表明带蓄能器及液压式容积调速方案的液压能量传动系统在能量最大捕获及功率输出稳定性方面性能良好。对变桨距原理及其控制算法在功率稳定控制方面的作用进行了半物理仿真试验,结果表明当水流流速大于额定流速时,变桨距机构可以使叶轮功率稳定在额定功率附近。 另外,课题对海流能发电装置的耐腐蚀、密封系统、刹车装置、电气负载、主控制系统及现场安装方式等都进行了研究。 论文各章内容分述如下: 第一章论述了海流能发电装置研究的背景、目的和意义;介绍了国内外在海/潮流能发电技术方面的进展及现状,最后总结了当前海流能发电装置研究方面亟待解决的部分科学技术问题。 第二章运用动量理论、相关水动力学理论及角动量理论对水平轴式海流能发电装置的叶轮最大能量捕获规律进行分析,运用叶素理论对叶片翼形进行受力分析,随后介绍气蚀理论及水平轴式海流能发电装置的组成结构、工作机理。 第三章分述了水平轴式海流能发电装置的关键技术问题。通过理论分析及数值模拟方法对叶片水动力学特性及其结构进行研究;对变桨距机械结构进行理论计算及设计;进行半直驱传动方案设计并引申出液压传动方案;对机组电气负载控制系统及相关附件进行介绍。 第四章研究了液压传动系统在水平轴式海流能发电装置中的应用,包括液压传动系统的设计、元器件选型;并在AMESim软件及Matlab/Simulink下对系统整体进行建模及仿真,将其结果与半直驱传动方案的仿真结果进行对比,得出相关结论。 第五章介绍了水平轴海流能发电装置的变速运行理论及变桨距控制理论。从电力电子控制及液压控制两种方式上对变速运行控制策略进行介绍,并重点对采用液压容积调速方式实现叶轮能量最大捕获进行研究;最后对变桨距控制原理及算法实现功率稳定进行了半物理仿真试验。 第六章对5kw原理样机的现场试验进行介绍,分析试验结果;对25kw级半直驱传动方案机组的厂房试验及现场试验进行介绍,根据试验结果对机组的效率及叶轮特性等进行分析总结。 第七章概括了论文的主要研究工作和研究成果,并对本课题今后的研究工作和研究方向讲行展望。 【关键词】：海流能 水下涡轮发电 叶轮设计 变桨距 齿轮箱能量传动 液压式能量传动 能量最大捕获 功率稳定
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：P743.1
【目录】：

• 致谢6-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-14
• 1 绪论14-32
• 1.1 课题研究背景、目的及意义14-18
• 1.1.1 课题研究的背景14-16
• 1.1.2 课题研究的目的及意义16-18
• 1.2 国内外海/潮流能发电技术进展18-26
• 1.2.1 传统的海/潮流能利用技术18-19
• 1.2.2 新型海/潮流发电技术发展19-26
• 1.3 水平轴式海流能发电技术待解决的科学技术问题26-30
• 1.4 本课题主要研究内容30-32
• 2 水平轴海流能发电装置工作机理32-42
• 2.1 水平轴海流能发电装置的叶轮能量捕获理论32-38
• 2.1.1 叶轮捕能模型32-34
• 2.1.2 叶素理论及角动量理论34-37
• 2.1.3 叶片的气蚀理论37-38
• 2.2 水平轴海流能发电装置结构及原理38-42
• 2.2.1 机组结构组成及特点38-40
• 2.2.2 机组工作原理40-42
• 3 水平轴式海流能发电装置关键技术研究42-72
• 3.1 叶轮机构设计42-49
• 3.1.1 叶片翼形水动力学特性的数值模拟42-45
• 3.1.2 叶片几何外形设计45-47
• 3.1.3 叶轮驱动力矩及轴向力计算47-49
• 3.2 变桨距机构计算及设计49-56
• 3.2.1 变桨距机构的理论计算50-51
• 3.2.2 变桨距机构设计51-53
• 3.2.3 变桨距机构特性仿真研究53-56
• 3.3 传动系统设计56-61
• 3.3.1 半直驱式传动机构设计57-59
• 3.3.2 液压式能量传动方案简介59-60
• 3.3.3 密封机构研究60-61
• 3.4 电气系统设计61-67
• 3.4.1 发电机选型61-62
• 3.4.2 负载控制器设计62-64
• 3.4.3 主控制系统设计64-67
• 3.5 主要附件的理论设计67-72
• 4 液压式能量传动系统设计及仿真研究72-92
• 4.1 液压传动方案机组的结构72-73
• 4.2 液压式能量传动系统组成及选型计算73-76
• 4.2.1 泵及马达选型及参数计算74-75
• 4.2.2 蓄能器及其它附件的选型75-76
• 4.3 传动系统仿真研究76-88
• 4.3.1 仿真用的海/潮流简化模型76-77
• 4.3.2 叶轮及发电机仿真模型77-80
• 4.3.3 半直驱传动结构的海流能发电装置仿真研究80-84
• 4.3.4 液压传动结构的海流能发电装置仿真研究84-88
• 4.4 液压式轴向力平衡机构设计及仿真88-92
• 5 海流能发电装置变速运行及功率稳定控制92-110
• 5.1 水平轴式海流能发电装置的变速运行理论92-94
• 5.2 变速运行的实现方式94-104
• 5.2.1 变速运行的控制策略94-96
• 5.2.2 电机调速实现叶轮最大能量捕获研究96-97
• 5.2.3 液压容积调速实现叶轮最大能量捕获研究97-103
• 5.2.4 关于控制器讨论103-104
• 5.3 水平轴海流能发电装置变桨距控制104-110
• 5.3.1 变桨距控制理论104-106
• 5.3.2 海流能发电装置变桨距控制及试验研究106-110
• 6 海流能发电装置试验及结果分析110-127
• 6.1 水平轴式海流能发电装置原理性试验110-112
• 6.1.1 试验条件及设计110-112
• 6.1.2 试验结果分析112
• 6.2 25kW半直驱式海流能发电装置试验112-127
• 6.2.1 机组在厂房内的性能试验112-117
• 6.2.2 机组气密性试验117-118
• 6.2.3 机组现场试验118-125
• 6.2.4 机组效率分析125-127
• 7 水平轴海流能发电装置研究结论与展望127-131
• 7.1 课题及论文总结127-129
• 7.1.1 论文主要研究内容127-129
• 7.1.2 论文创新点129
• 7.2 工作展望129-131
• 参考文献131-138
• 攻博期间发表(录用)的论文138

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

液压传动型风能发电装置的马达速度特性    张宏;张高峰;熊子奇;郑彪;

海流能转换器叶片翼型的失速和水动力特性的数值研究    王立;董志勇;韩伟;俞小伟;颜效凡;

基于液压传动的风浪互补发电系统的建模与仿真    石茂顺;李伟;林勇刚;刘宏伟;张大海;马舜;

海流发电装置研究    邵斌;黄铁群;

100kW海洋能发电装置变桨距机构的参数设计研究    廖建泉;蔡晓君;

60kW潮流能发电机组研制    李伟;刘宏伟;林勇刚;张大海;石茂顺;

浮力摆式波浪能发电装置关键技术研究    张大海

水平轴潮流能转换系统能量转换率及功率控制研究    马舜

水平轴潮流能发电机械叶片设计及特性分析    徐学涛

基于能量液压传递的风力机“变速恒频”技术研究    韩利坤

液压传动型风力发电系统马达转速特性研究    张高峰

偏流作用下海流能转换器的技术研究    王立

导流型潮流发电水轮机关键部件有限元分析    孙桂林

水平轴海流机叶片与漂浮式支撑的设计与研究    何煜平

水平轴海流能发电机组关键部件载荷分析及其试验研究    吴少龙

水平轴潮流能发电水轮机主轴结构分析    朱永伟

水平轴潮流能水轮机变桨距机构设计及仿真    李文龙

双转子水轮机的流固耦合振动分析    赵智博

基于AMEsim的双压力柱塞泵的数字建模与热分析    卢宁;付永领;孙新学;

15kW风力发电机弧立运行系统的电控系统    沈权，常振炎，许洪华

变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制    刘其辉,贺益康,赵仁德

大型风电场及风电机组的控制系统    徐甫荣

风能·未来    蔡郁桦

新型低流速海流发电系统转轮部分的实验研究    李鸿琦,王毅,佟景伟,李林安,岳澄

海洋潮流能的估算公式    郑志南

模糊自整定PID控制器的设计及其应用    吴振顺,姚建均,岳东海

海水液压传动技术及其在海洋开发中的应用    杨曙东,李壮云

潮汐能技术新进展    郑玉琢;

基于零矢量插入的矢量细分的PMSM直接转矩控制研究    李敏;陈其工;江明;

无刷直流方波电机控制系统的计算机仿真    李先祥

适用于农网的中小功率风力发电电源研究    汪洋;成立;

永磁同步电动机伺服系统产品化设计与实现    樊生文;刘海山;李正熙;

风轮机特性的模拟    荆龙;王昕;汪至中;

变速恒频双馈异步发电机组的控制技术    刘尹霞;刘峰;

基于模糊算法的智能变桨距控制技术    倪焕山;康戈文;

基于DSP的永磁同步电机的矢量控制    张森;石航飞;陈志锦;周旭;杨凯;

航空柱塞泵配流盘结构动态优化方法    官长斌;焦宗夏;

长庆油气区风能测试与评估    郭占春;王林平;杨会丰;黄娟;

我国高原地区风力发电研究    缪江豫;邢瑞鹏;

基于模糊逻辑的变速恒频风电系统最大风能追踪控制    肖运启;徐大平;吕跃刚;

基于SVPWM的永磁同步电机控制系统模型仿真    王争光;金建勋;郭有光;詹跃东;朱建国;

基于闭环增益成形的风力发电转速鲁棒控制    赵林坤;樊绍胜;

同步电动机变频调速系统的二自由度内模控制研究    周渊深;朱希荣;

自抗扰控制技术在变速恒频双馈风力发电系统中的应用    周雪松;李超;马幼捷;李季;于阳;

积分模糊滑模控制在变速风力发电机组中的应用    杨锡运;刘欣然;

Application of Model-Free Adaptive Control in Billet Flash Butt Welding    

基于神经网络的变速恒频风机变桨距控制    刘青松;岳晋萍;

中频感应炉模糊控制器的研究    甄鹏杰;

分布式电源的概率建模及其对电力系统的影响    王敏

无刷双馈电机建模及智能控制策略研究    邵宗凯

变速恒频风力发电系统故障特性与保护技术研究    撖奥洋

风能转换系统的分析、控制与优化方法研究    吴定会

浮力摆式波浪能发电装置关键技术研究    张大海

江苏省沿海潮间带风电产业综合评价研究    严晓建

大型风电机组变桨距控制策略研究    王哲

永磁式直驱风电机组控制技术研究    刘颖明

双馈风电机组模型预测控制研究    井艳军

永磁同步电机的参数辨识及控制策略研究    王松

基于DSP+FPGA的永磁同步电动机伺服驱动器研究    凌刚

青岛华威风电场风能资源分析及选址关键技术研究    张琴

基于逆向工程的液压元件设计、检测方法的应用研究    李平

吉林省洮南风电场选址及长远发展分析    陈海清

兆瓦级风机变桨系统研究    李文博

柴油机电液调速技术研究    田雨

船舶液压舵机系统中的流体噪声控制    马兴瑞

基于柴油机燃油介质的VVT系统研究    丰平

船舶直驱式容积控制液压舵机系统的分析与设计    韩洪祥

船舶电力推进同步电机控制系统设计研究    李新文

2000～2015年新能源和可再生能源产业发展规划要点    

关于《可再生能源法》推动风力发电产业发展的调研报告    内蒙古自治区风力发电调研组;

液力变矩器叶片流固耦合强度分析    魏巍;闫清东;朱颜;

世界能源消费现状和可再生能源发展趋势(下)    钱伯章;

基于多层动网格技术的流固耦合方法研究    张潇;王延荣;张小伟;裴伟;

可调螺距桨的模糊智能系统理论及仿真研究    郭庆祝,任光

中国能源发展政策走向    

轴流式水轮机叶片的刚强度及模态有限元分析    姬晋廷,陈国强,涂玉平

我国风力发电机组总装企业现状    祁和生;

潮流能发电及潮流能发电装置    戴庆忠;

40kw潮流电站载体设计    盛其虎;罗庆杰;张亮;

中国海洋能资源的储量及其评价    王传崑;施伟勇;

国内外潮流能利用技术现状与发展    赵龙武;王树杰;李冬;

漂浮式潮流电站总体设计    荆丰梅;盛其虎;张亮;

基于液压传动的潮流能发电装置及其变桨距机构研究    刘宏伟;李伟;林勇刚;马舜;

潮流能柔性叶片水轮机导流罩设计及数值模拟    邱飞;王树杰;谭俊哲;袁鹏;

    

水平轴潮流能转换系统能量转换率及功率控制研究    马舜

采用蓄能器的液压电梯变频节能控制系统研究    徐兵

应用时域格林函数方法模拟有限水深中波浪对结构物的作用    韩凌

大型风力机变桨距控制技术研究    林勇刚

液压电梯闭式回路节能型电液控制系统研究    林建杰

竖轴潮流水轮机水动力性能理论与实验研究    汪鲁兵

波浪与浮式结构物相互作用的研究    郑艳娜

波浪与建筑物作用的数学模型研究与应用    谷汉斌

大型风机叶片气动性能计算与结构设计研究    李军向

兆瓦级风力发电机组变桨距系统控制技术研究    郭洪澈

基于格子Boltzmann方法的海流能水轮机翼型叶片水动力特性研究    徐超

直驱式风力发电机的建模与并网仿真分析    董桐宇

风力机叶片设计与流场仿真    刘克刚

水平轴潮流水轮机叶片设计和模型试验研究    王俭超

表面不平整突体升坎水力特性与海流能转换器的试验研究    张旭

水平轴潮流能发电机械叶片设计及特性分析    徐学涛

风力机专用新翼型及其气动特性研究    黄继雄

大型水平轴风力机载荷计算和强度分析的方法研究    曾杰

变速恒频潮流发电系统的分析研究    杨少勇

舰船在波浪中运动的水动力数值计算方法研究    张国庆

基于液压传动的浮力摆式波浪能发电系统稳压恒频控制    鲍经纬;李伟;张大海;林勇刚;刘宏伟;

水压轴向柱塞泵滑靴副紊流下水膜静压支承特性    王慧;郝立志;

水平轴海流能发电机叶片设计与性能分析    何煜平;杨建民;

水平轴潮流能发电机组独立变桨距系统    徐全坤;李伟;刘宏伟;林勇刚;石茂顺;

风力发电中液压技术的应用研究    李伟;涂乐;林勇刚;

100kW海洋能发电装置变桨距机构的参数设计研究    廖建泉;蔡晓君;

基于液压变压器原理的海流发电液压传动系统    石茂顺;刘宏伟;李伟;林勇刚;丁金钟;周宏宾;

摆式波能转换装置研究    邱守强

浮力摆式波浪能发电装置仿真与实验研究    黄炜

水平轴潮流能发电装置海洋环境载荷与可靠性分析    邱飞

海流能转换器水动力特性的数值模拟及实验研究    汪洁

竖轴潮流能水轮机转子系统动力学特性研究    郭嘉楠

一种新型摆式波浪发电装置的研制    邓启平

浮体绳轮波浪发电装置传动系统研究    商圣勇

水平轴海流能发电机组关键部件载荷分析及其试验研究    吴少龙

水平轴海流能发电装备能量管理控制系统的研究    刘磊

大型潮流能发电场的电气系统经济性分析与测试评价    申惠琪

基于海上风浪互补发电的液压系统研究    王向志

斜盘式轴向柱塞泵实际流量的分析研究    郭卫东，王占林

柴油机动态工况仿真模型及控制算法的对比分析研究    凌英,宁智,孙金凤

水轮发电机交流励磁变速运行的控制策略    林瑞光，赵荣祥，黄进，许大中

三门峡电站水轮机导叶轴颈密封改造    石永伟,赵宪荷,王民富

交流电机变速恒频风力发电技术    尹玲玲,胡育文

水轮机活动导叶修复时的自动变位机构及控制系统    王希靖,李鹤岐,张瑞华

神经元自适应 PID 控制器的研究    姜平,宋文忠

一种自整定模糊PID型控制器    齐建玲,赵秀芬,褚 泽

行星齿轮传动的功率分流动态均衡优化设计    袁茹,王三民,沈允文

美国重视海洋科技发展    于保华

主动磁力轴承的模糊PID控制    汤玲

海流能:本世纪以来开始商业化运作    李晓兰;

海流能利用技术研究进展与展望    刘美琴;仲颖;郑源;赵振宙;

海流能发电系统转换效率测试技术研究    王海峰;熊焰;崔琳;郭毅;黄勇;王鑫;杨立;

海洋能源的种类    余志

海流能增速管纠正偏流的实验研究    王立;董志勇;张旭;韩伟;俞小伟;

海洋能源的种类    宋增扬

海流发电发展方向及技术路线思考    田应元;张云海;任翀;

海洋能    

夏季北黄海南部定点高分辨率实测海流分析    于华明;鲍献文;朱学明;陈学恩;吴德星;

水平轴螺旋桨式海流能发电装置模型分析及试验研究    刘宏伟;李伟;林勇刚;马舜;

海洋能开发利用的新技术概览    孙晓晶;

水平轴海流能水轮机叶片的设计和实验研究    王俭超;王树杰;李伟;袁鹏;邱飞;

海/潮流能发电装置液压型能量传动系统研究    刘宏伟;李伟;林勇刚;马舜;

正向海流情形双向叶片涡轮机文丘里型增速装置    董志勇;王立;张旭;韩伟;俞小伟;颜效凡;

海潜Ⅱ型遥控潜水器    李智刚;康守权;张艾群;

海洋水下仪器超低流速电能补充技术研究    张雪明;徐明奇;王岩峰;孙培光;

水平轴螺旋桨式海流能发电技术研究    李伟;林勇刚;刘宏伟;马舜;

水平轴海流能水轮机水槽模型实验研究    王树杰;王俭超;袁鹏;厉文超;王英英;陈存福;邱飞;

海/潮流能发电装置叶片翼形优化及气蚀研究    刘宏伟;李伟;林勇刚;

海岛孤立电网设计与运行    甘德强;黄民翔;杨欢;辛焕海;汪震;杨莉;

海洋——人类未来的能源库    张秋旭

海洋能否成为“能量之源”    陈乃超　吴凡夫

“重返海洋”人类能做些什么    李冬松

能源要进行集中“补血”    高山平

海洋能源知多少    窦光宇

河北12层以下新建住房采用太阳能热水    翟开矿

海洋能源    张海威

国际社会关注我国能源问题    楚源

英国首台海浪发电机开始供电    何屹

中国能源需补血    本报记者 陆彩荣

水平轴海流能发电机械关键技术研究    刘宏伟

表面不平整突体升坎水力特性与海流能转换器的试验研究    张旭

偏流作用下海流能转换器的技术研究    王立

水平轴海流能发电机组关键部件载荷分析及其试验研究    吴少龙

水平轴海流能发电装备能量管理控制系统的研究    刘磊

海流能转换器水动力特性的数值模拟及实验研究    汪洁

水平轴海流能发电机械水动力性能的研究    辛小鹏

海流能发电技术中电力变换系统的优化研究    王剑

水平轴海流机叶片与漂浮式支撑的设计与研究    何煜平

寒潮天气对区域海流能及温差能影响的模拟研究    周雨

海洋能集成供电系统的研究    张原飞