《變速波浪發電系統及運行控制研究》是依託東南大學，由余海濤擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：變速波浪發電系統及運行控制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：余海濤
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
波浪發電系統運行性能是波浪發電套用的重要指標。波浪發電機的低功率密度以及受海洋波浪影響的系統能量轉化率的不穩定性，制約著直驅式波浪發電的進一步發展。本項目首先提出一種帶直線磁齒輪的變速波浪發電系統，其中磁齒輪將波浪的低速轉化為高速，帶動高速直線電機發電，使所匹配的直線發電機體積減小、成本大為降低。直線磁齒輪無接觸運行，轉換效率高。其次設計波浪發電運行的內膜PID控制器，根據海洋波浪的變化快速調節系統參數，使浮子與波浪保持共振，以獲得最大效率。本項目還建立波浪發電綜合數學模型，對直線磁齒輪變速機構和直線電機進行仿真分析，最佳化直線發電機電磁和結構參數；根據波浪特點和額定電磁推力等因素設計並最佳化浮子；採用整流逆變控制技術，改善波浪發電的電能質量。課題組近年來開展了永磁直線電機和波浪發電運行控制研究，研製了多套漂浮式直驅波浪發電裝置，並在實際海況下成功發電，為本課題實施打下良好的基礎。
結題摘要
我國海洋能資源豐富，島嶼眾多，具備規模化開發利用海洋能的條件。在海洋能源眾多形式中，波浪能的開發利用相對成熟，但是我國波浪速度低，低速直驅式波浪發電系統存在功率密度小、體積龐大的缺點。本項目主要研究直線磁齒輪(TLMG)傳動裝置以及直線磁齒輪內永磁發電機(LMGIPMG),磁場調製直線永磁發電機(FMLPMG)，以及波浪發電運行最佳化控制，提高波浪發電效率。本項目主要研究成果包括以下幾個方面：1.利用線性波浪理論分析了直驅式波浪發電系統在波浪水槽內的水動力特性。採用自由振盪原理建立分析計算波浪發電系統的主要參數，進而獲得浮筒垂直運動位移和速度參數，為最佳化波浪發電系統提供依據。2.直線磁齒輪傳動裝置的研究能夠為高功率密度磁場調製永磁電機的研製提供理論基礎。本項目提出的一種快速高效混合最佳化算法有效地減少了採樣點數，提高了TLMG推力傳輸能力，減小了推力波動。3.由於傳統直線永磁發電機在波浪發電系統套用中出現功率密度低、體積龐大的問題，故提出一種直線磁齒輪內永磁發電機，在機械結構和磁路上將直線磁齒輪和永磁直線電機完美耦合從而提高了電機的功率密度及效率。4.直線磁齒輪內永磁發電機採用多層氣隙結構，造成加工工藝複雜，因而限制了其發展和套用，因此設計並製作了一台結構簡單、易於加工的磁場調製型直線永磁發電機(FMLPMG)是十分必要的。結果證實將FMLPMG作為能量轉換部件套用於直驅式波浪發電系統，能夠高效地實現能量轉化，解決了直線磁齒輪內永磁發電機面臨的功率密度低問題。5.根據控制系統仿真模型搭建了直驅式波浪發電系統控制實驗平台。利用程式語言實現了波浪能跟蹤、霍爾電角度計算、波浪運動速度計算和電網相角檢測等功能。最後針對各個環節進行了調試，並對控制系統進行了實驗測試。項目承擔期間，我們發表了18篇SCI文章，獲得了15項國家發明專利。部分成果獲得了教育部二等技術發明獎等多次獎勵。
