发展清洁可再生能源是应对能源紧缺、环境污染的必由之路,世界各国都在加紧实施清洁可再生能源的开发和利用。波浪能作为实际可开采量最高的海洋可再生能源,其开发和利用倍受世界各国的关注,且已研制出形式多样的波浪能发电装置。本文将采用浮体绳轮式波能发电系统对波浪能利用进行研究,该系统结构简单、布放成本低、波能转换率高、适应性好,符合我国海域波浪周期短、能流密度低且台风易发的特点。本文充分总结国内外振荡浮子式波能发电装置研发经验,融合自主创新成果,利用理论分析、数值计算、数值模拟、模型实验及样机海试对浮体绳轮波浪发电系统中浮体在波浪中运动响应规律、浮体在外载荷下运动规律、系统最佳阻尼比以及系泊系统进行了深入研究。文中根据波浪基本理论及其适用性理论,结合海试区域波浪参数选定Stokes二阶波理论作为研究基础,同时阐述了浮体绳轮波浪发电系统的总体设计方案及其工作原理。基于波浪理论建立理想状态和实际状态下自由浮体运动响应的运动模型,选取相同底面直径,不同质量的11组浮体进行了求解分析。编写运动响应计算程序BuoyRopeDrumGS2014,实现根据波浪主要参数进行波浪理论判定,进而得到相应的速度势及波面方程,结合浮体底面直径、质量等参数信息,对浮体的运动响应规律进行计算。结果表明,在理想状态下相关学者提出的波能装置的共振现象存在,理论上可以吸收到无穷大的能量,但同时发现由于受到浮体长度的限制,共振时浮体早已脱离水面,即运动系统不具有连续性,共振现象无法实现。在自由浮体运动响应分析的基础上,分别采用频域和时域分析法对负载作用下浮体运动响应及负载阻尼优化进行了研究。频域分析中以支承运动引起的强迫振动理论为依据,建立浮体运动响应模型,进行了复频率响应分析,得到幅频特性曲线和相频特性曲线。根据振动理论中外力在振动周期内对系统做功计算方法,推导出阻尼力在单周期内的做功公式,获得影响发电功率的主要因素。时域分析中考虑浮体上升和下降阶段受力的差异性,采用分段函数建立浮体运动模型,利用BuoyRopeDrumGS2014计算不同阻尼系数下浮体的运动轨迹,分析计算了发电功率与阻尼系数的关系。最后利用数值模拟方法对频域和时域分析结果进行了验证。利用环境载荷分析及悬链线方程,建立单锚链系泊的浮体水平方向的运动模型,进而分析锚链对浮体水平限位性能。以单锚链系泊为基础,对三锚链系泊系统下浮体的运动状态进行了水动力学计算。结果表明,该锚泊系统能够对浮体的水平限位以及绕z旋转限位起到良好的作用,为系统发电提供了稳定的基础。基于模型实验相似理论研制了实验水池、造浪装置、消波装置及发电系统。针对自由浮体运动规律,采用了8个频率,3种波高的波浪进行了24组实验。结果显示,共振现象确实存在,但浮体运动的稳定性较差。针对带负载发电系统运动响应及发电性能研究,选用了2种波浪周期,4个不同质量的浮体进行了实验,结果显示,系统发电功率随负载阻值的变化曲线呈现先增大后减小的趋势,存在最优阻尼系数。浮体振幅和发电功率的变化规律均说明了共振现象的存在,共振现象可以提高系统的振幅和发电功率。但实验现象显示,共振型浮体的振幅波动较大,对发电系统的冲击也较大。在理论计算、数值模拟以及模型实验的基础上,对实体样机进行了设计制造,经过岸上调试后,将发电系统布放至小石岛指定水域。电气控制及监测部分实时远程监测和控制发电装置的运行状况,同时将发电机发电性能参数及实时画面通过无线传回控制室。对海试数据进行分析表明,海试中装置运行平稳,发电机性能稳定,浮体运动规律与理论分析及模型实验结论基本一致。