【摘 要】
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随着科技的发展,环境问题和能源危机的严重性日益凸显,世界各国都着手于新能源的研究、开发和利用,加大科研投入力度,以无污染的新能源解决环境问题和能源问题。海洋面积约占全球总面积的71%,因此海洋能源的开发利用对于缓解中国乃至全世界的能源危机和环境问题有着至关重要的作用。本文设计了一种漂浮式并联多浮子波浪发电装置,主要通过并联多浮子多方位捕获海洋中的波浪能,利用永磁直线发电机将捕获到的波浪能最终转化为
【基金项目】
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国家自然科学基金“面向波浪振动的弹性并联俘能机构非线性动力学分析与研究(51775166)”;
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随着科技的发展,环境问题和能源危机的严重性日益凸显,世界各国都着手于新能源的研究、开发和利用,加大科研投入力度,以无污染的新能源解决环境问题和能源问题。海洋面积约占全球总面积的71%,因此海洋能源的开发利用对于缓解中国乃至全世界的能源危机和环境问题有着至关重要的作用。本文设计了一种漂浮式并联多浮子波浪发电装置,主要通过并联多浮子多方位捕获海洋中的波浪能,利用永磁直线发电机将捕获到的波浪能最终转化为电能,优化发电系统控制策略,使得波浪能捕获功率和发电功率均得到较大提升。首先,通过对国外波浪能发电装置的研究,详细介绍了波浪发电技术的研究现状和波浪发电技术在现实场景中的运用,总结我国在该技术领域研究和实施中的不足之处。以发电方式对波浪发电装置进行了分类总结,对各类型典型波浪发电装置的工作原理和关键技术进行了简要分析。在此基础上,提出了一种新型的适用于我国海域的漂浮式并联多浮子波浪发电装置。其次,利用三维绘图软件对该装置进行实体建模,以模型为基础,对漂浮式并联多浮子波浪发电装置的发电原理和发电步骤进行阐述,并介绍了其中关键结构的设计和关键零部件的选取。以线性微幅波理论为理论依据,对浮子建立波浪力作用下的水动力相应模型,对波浪能捕获功率进行分析求解。然后建立波浪发电装置的运动学模型,对该装置中的并联多浮子机构进行运动学分析,求解其空间位置、速度和加速度的表达式。利用ADAMS和MATLAB软件对装置进行运动学仿真。为了使波浪能发电装置得到更高的发电功率,基于双自由度等效电路控制对永磁直线发电机的控制策略进行研究,通过间接对永磁直线发电机反电磁力得控制改变运动的幅值和相位,根据海浪频率调节永磁直线发电机运动频率以达到共振,最大程度消除反电磁力影响,从而获得最优发电功率。最后,对波浪发电装置进行动力学分析,通过拉格朗日方程法建立系统动力学模型,使用ADAMS软件对并联动平台上各铰接点受力进行仿真分析,研究波浪发电装置工作时各部件状态。基于有限元分析,利用ANSYS对波浪发电装置和其中关键部件进行模态仿真分析,得到各阶模态和振型,避免发生共振从而损坏设备。
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