大型海洋资料浮标波浪能供电装置数值模拟研究

本文以10 m大型海洋资料浮标为研究对象,分析了可适应其结构特点的波浪能供电机构。通过数值模拟计算了10 m浮标体的垂荡波浪力以及横摇角度,同时计算了波浪能转换为电能的输出功率,输出功率满足海洋资料浮标蓄电池的充电电压。最后提出了适用于此类海洋资料浮标的结构设计方案以及系统集成方案。该研究为今后海洋资料浮标波浪能供电装置的研发提供了思路。     

永磁直线波力发电机的磁场分析与参数计算

为了直接把海洋的波浪能转换为电能,提出了一种永磁直线波力发电机。设计了电机的结构。以一个定子模块数为3,振子永磁体磁极数为5的直线发电机为例,采用电磁场有限元方法分析了电机磁场和空载感应电动势,求解发电机定子绕组的电感参数,计算了发电机的功角特性曲面。对感应电动势的实验结果与计算结果进行比较,相对误差为6.8%。该型永磁直线波力发电机在振子速度为0.9m/s时最大输出功率可达80W,能够有效利用海洋波浪能发电。     

永磁发电机电抗式调节器的理论探讨

采用永磁交流发电机作为汽车发电机是当今汽车专用发电机的发展方向。能否用简单、有效的方式自动调节永磁发电机的输出,以满足与蓄电池并联运行的需要,成为它能否推广使用的关键。本文针对永磁交流发电机的特点,提出了采用串入铁芯电抗器的方式来自动调节发电机输出的一种途径。并对此作了理论分析和实验测试,结果表明,理论分析和实验测量的数据基本一致。     

频域内海洋资料浮标垂荡运动特性研究

随波性作为海洋资料浮标的重要设计参数,影响着波浪参数的测量准确度。本文应用三维势流理论计算了圆盘浮标体的附加质量、兴波阻尼系数等水动力系数以及波浪激励力,基于单自由度运动方程研究了自由浮标的垂荡响应。考虑锚链垂向弹性回复刚度系数对浮标垂荡的影响,研究了两种类型系泊浮标在波浪中的垂荡运动响应。研究发现,直径3 m浮标较直径10 m浮标具有更好的随波性,且锚链对3 m浮标的垂荡运动的影响较10 m浮标更为显著。研究结果对波浪传感器的参数修正具有重要意义。     

基于环境变量的海洋浮标抗风等级计算

海洋浮标是一种布放在特定海域的观测装备,常用于定点观测风、浪、流、海温等海洋气象要素。本文对浮标浮体和锚系分别进行受力分析,给出了浮标在风、流、浪联合作用下的泊稳条件。采用Python编程语言编写了一套浮标抗风等级计算程序,可以计算特定浮标系统所能抵御的最大风级,以及特定风级下浮标系统泊稳所需的最小锚重,并通过一个浮标在台风天气下走锚的实际案例对程序计算结果进行了分析。计算结果还表明,海浪对浮标的作用力为流作用力的7～10倍,为风作用力的36～106倍,其作用在浮标受力分析和计算中不可忽略。本研究可为海洋浮标系统的布放设计和维护提供参考。     

基于模糊控制的永磁直驱风力发电机最大功率跟踪控制

针对永磁直驱风力发电机的输出功率难以稳定且快速地达到最大功率点的问题,提出了一种基于模糊控制的直驱式永磁同步风力发电机最大功率跟踪控制(maximum power point tracking,MPPT)策略。分析直驱式永磁同步发电机的工作特性和数学模型,进而阐述利用升压电路实现MPPT的原理与基础知识。以风电系统MPPT原理及模糊控制理论为基础,升压电路的本周期和上个周期占空比的差值、输出功率的差值作为模糊控制的输入,下个周期的升压电路占空比为输出。并根据所需预期控制效果推理模糊控制规则设计出一种适于永磁直驱风力发电机的模糊控制器,搭建包含MPPT的永磁直驱风力发电系统的Matlab/Simulink整体模型并仿真,结果证明该控制策略的可行性及优越性。     

海洋资料浮标锚泊系统的系泊力计算

为了准确预报海洋资料浮标的受力及运动情况,建立了浮标锚泊系统的运动方程,提出了在海洋环境中作用在浮标及锚系上的各种外载荷的计算方法,得到了浮标的运动方程以及锚系的受力表达式。在计算锚泊系统的外载荷时,考虑了作用在锚系上的海流载荷以及由波浪载荷引起的波频运动对锚系的影响。通过算例在时域内对浮标锚泊系统的运动和张力进行了数值模拟计算,结果表明,该方法满足海洋工程中对浮标系统运动和受力分析的精度要求。     

悬链线状的海洋浮标锚泊系统

本文根据海洋流体力学原理对海洋浮标的悬链线状锚泊系统进行了分析、论述和计算公式推导,并以HFB—IB型海洋浮标站为例,给出了设计计算这种锚泊系统的方法。     

基于敏感测温点的浮标舱温监测系统设计

为监测海洋资料浮标的舱温变化,设计了一种基于敏感测温点的浮标舱温监测系统。利用单总线和寄生电源供电技术,将温度传感器布设在浮标内部多个测温点,组成舱温监测网络,然后挂接到浮标采集系统的核心单元微控制器(MCU)上,只占用一个I/O口线实现对浮标多个测温点的实时监测。海试结果表明,该系统可用于对大型浮标舱温的网络化监测。     

我国海洋资料浮标技术的发展与应用

海洋资料浮标是离岸原位获取水文、气象等环境参数的重要技术手段,在海洋环境实况监测、预警预报、防灾减灾、资源开发、海上交通等方面具有重要作用。本文概述了海洋资料浮标的作用、组成、分类、主要理论及技术体系,总结了近年来国内海洋资料浮标的发展历程和技术突破,介绍了我国目前海洋浮标监测网的构成、应用情况,并与国际先进国家的浮标进行了比较。最后,展望了海洋资料浮标及监测网技术未来的发展趋势。     

蛇形波浪能采集系统的仿真分析

设计出一种蛇形波浪能采集系统。系统由圆柱浮筒连接构成,浮筒中交替放置永磁体和软磁体。浮筒随着波浪上下浮动,引起缠绕在软磁体上线圈中磁通量的改变,感应出电能。文章针对黄海海域建立出海浪数学模型,据此设计结构参数。应用Ansys对系统仿真计算,单个浮筒的平均功率约2.36Kw,能量采集效率约18.9%。     

悬臂梁双压电振动能量采集器发电性能研究

为了收集环境中的振动能量,实现无线传感器网络节点等低能耗器件的自供电,针对电动机的机械振动,设计了一种可采集电动机振动能量的压电振动能量采集器。研究了电动机转速、负载阻值和悬臂梁自由端固定不同质量永磁铁块对压电振动能量采集器输出电压和输出功率的影响。实验结果表明,负载上电压随着负载阻值的增大而增大;输出功率不随负载阻值和所加永磁铁质量的增大,而是存在一个最优负载和一个最佳质量的永磁铁,当电动机的振动频率等于悬臂梁双压电振子的固有频率时,输出功率达到最大,并与理论计算值接近。     

3kVA永磁发电机的SPWM调制逆变系统设计

利用SPWM调制对中频永磁发电机的逆变工频电源系统的设计,通过实测样机的电压波形及性能与电励磁的工频发电机的性能比较,分析中频永磁发电机的逆变工频电源的特点。     

海洋监测浮标上的3G无线视频监控系统设计

设计了一种应用在无人值守的大型海洋资料浮标上的3G无线视频传输系统。系统采用值班电路对无线视频传输模块进行功耗控制,降低了系统的功耗。同时,对普通摄像头进行了防水工艺设计,可以有效耐受海上恶劣的使用环境。该系统已经在海上业务运行的浮标上安装应用,近两年的视频数据表明,监控效果良好,可有效地发现涉及浮标安全和海洋污染等问题。     

基于超级电容器储能的直驱风电系统并网性能分析

为改善直驱风电系统的并网性能,在直流母线电压端并入超级电容器储能装置.分析了基于超级电容器储能的直驱风电系统模型,设计了控制策略,通过控制双向直流变换器及并网变流器,抑制风机功率的波动以向电网输出平滑的功率.在电网电压跌落时,使直驱风电系统安全实现低电压穿越,并向电网提供一定的无功功率支撑.利用依兰风电场18#风机实际输出功率作为控制对象进行仿真.结果表明,加入超级电容器储能装置可以改善直驱风电系统的并网性能.     

汽车用稀土永磁发电装置的稳压研究

通过对汽车用稀土永磁发电装置稳压原理的研究,采用高磁性钕铁硼稀土永磁材料和新的电子技术以及对发电装置绕组的创新设计,使发电装置输出电压稳定的直流电,解决了汽车的低速照明问题和用电设施需用直流电的问题。     

一种新型混合励磁爪极同步发电机结构及特性研究

针对电励磁爪极电机功率密度低、永磁爪极电机磁场调节困难的问题,研究了一种新型的混合励磁爪极同步发电机.根据电机学原理,利用磁路的计算方法和三维有限元分析计算方法对该电机进行仿真计算,探讨其空载特性和调节特性,分析比较了该电机与电励磁爪极电机和永磁爪极电机的性能差异.研究结果表明:(a)相对于电励磁爪极电机,该电机实现了励磁电流的双向控制;相对于永磁爪极电机该电机使得输出电压可调.(b)在更宽的负载范围内实现了保持输出电压恒定.     

振荡浮子式波能转换装置阵列的物理模型水池试验

 振荡浮子式波能转换装置在防波堤上进行阵列化布置时,各装置的浮子获能体之间会发生复杂的水动力相互作用,影响装置的运动和发电性能。开展物理水池试验,研究了防波堤前振荡浮子式波能装置阵列的水动力响应特性,着重分析了不同波浪条件下浮子尺寸和分布间距对装置运动性能和发电功率的影响规律。研究发现,在所考虑的参数范围内,相同波况条件下,小半径浮子波能装置的发电功率更高;窄频带波浪环境中,小间距布置有利于产生更大的功率峰值,且入射波高对装置的发电功率有显著影响。