振荡浮子式波能可控共振发电系统技术研究

论文摘要

随着社会经济的快速发展,全球能源危机和环境问题的日益凸显。海洋波浪能的开发利用逐渐受到各国重视,各种波能发电装置层出不穷,但大多数都存在转换效率较低的问题。本文在振荡浮子式波能发电装置的基础上搭载了可控共振发电平台,从波浪频率和波高两个角度出发,首先在所设计波浪浮标平台中融入改进的HHT算法以提高波浪特征频率的提取精度,并将该特征频率反馈给波能发电系统,之后系统利用可控共振技术与最大功率点跟踪,从而实现最大效率获能。本文主要工作内容如下:根据波能研究背景和国内外波能利用现状,结合波浪的基础理论及转化效率,本文提出了振荡浮子式波能可控共振发电系统,并阐述该波能发电系统的基本结构和工作原理。为了获得波浪的主要参数,本文设计了基于MEMS传感器和STM32微控制器的波浪特征参数提取平台,在平台中融合了加速度计、陀螺仪和磁强计的波浪数据处理算法,并阐述波浪特征参数提取的基本流程;为了更加准确地获取波浪主频率参数,对传统时频分析算法HHT进行了改进,在改进的HHT算法中利用镜像延拓法抑制模态分解过程中的端点效应,用三次埃尔米特(Hermite)插值替代三次样条插值消除包络线的过冲与欠冲现象,并通过实验验证了所设计的波浪浮标方案及改进算法的可行性和有效性。根据浮标平台所反馈的波浪主频率参数,再结合可控共振发电系统的特点,本文利用核心器件变刚器来调节系统中提能设备的固有频率,使其与波浪主频率保持一致以达到共振状态,之后利用最大功率点跟踪控制技术,最终实现波能发电系统最大效率获能。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究背景

1.2 国外波能研究现状

1.3 国内波能研究现状

1.4 典型波能发电装置

1.5 本文主要研究内容

第2章波能发电装置基本原理

2.1 波能基础理论

2.2 波能算法分析

2.3 常见波浪能量谱

2.4 波能发电装置的工作原理

2.4.1 波能装置中的转换结构

2.4.2 机械换能装置

2.4.3 电气转换装置

2.5 本章小结

第3章波浪浮标平台设计

3.1 浮标硬件平台

3.2 基本算法依据

3.3 MEMS传感器的数据处理过程

3.3.1 加速度计和陀螺仪的数据处理过程

3.3.2 磁强计的数据处理过程

3.4 本章小结

第4章基于改进HHT的波浪特征频率提取

4.1 传统的HHT算法

4.2 改进的HHT算法

4.2.1 镜像延拓法

4.2.2 三次Hermite插值法

4.3 实验验证

4.3.1 数据采集及处理

4.3.2 改进的HHT分析

4.4 本章小结

第5章可控共振发电系统

5.1 可控共振原理

5.1.1 变刚器的基本原理

5.1.2 变刚器的工作过程

5.1.3 可控共振闭环控制

5.1.4 变刚器的刚度调节

5.2 最大功率点跟踪控制

5.2.1 MPPT的基本原理

5.2.2 闭环MPPT的工作过程

5.2.3 梯度上升法

5.3 波能发电控制系统

5.3.1 控制系统要求

5.3.2 初步设计方案

5.3.3 部分硬件电路方案

5.4 本章小结

第6章总结与展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间已发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 肖瑞

导师: 杨贤昭

关键词: 波能发电,波浪浮标平台,改进,可控共振,最大功率点跟踪

来源: 武汉科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,电力工业

单位: 武汉科技大学

分类号: TM612;P742

总页数: 72

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