针对基于蓄能器的波浪能发电系统中液压能到电能转换环节的效率问题,设计一种蓄能与电力系统的物理试验模型,该模型将波浪不规则往复运动能量收集存储,通过对蓄能器的释放进行控制,将波浪能转换成稳定、连续的旋转机械能,转化为电能输出。通过试验研究的方式,对基于蓄能器的液压蓄能式发电系统的发电特性、蓄能器工作特性、系统压力分布特性展开试验研究,发现降低蓄能器的初始压力、提高发电系统的释放压力可提高发电效率;蓄能器出现压力不能完全释放的现象,并且充气压力、负载电阻越大现象越明显;提出蓄能器充气压力、释放压力的选择方法,得到提高蓄能器工作效率的有效手段,探讨蓄能发电系统的控制方案,为基于蓄能器的发电系统的资源配置、控制策略的设计提供参考依据,具有一定的应用价值。

建立液压油运动粘度的数学模型,分析影响运动粘度特性的相关参数,并用AMESim软件搭建2 kW热液压PTO仿真模型,进行仿真试验。结果表明在某些温度、压力的工况下,通过选取合理型号的液压油,可显著改善PTO系统的运行稳定性和效率。

以一套含有多个发电机组的波浪能发电装置液压系统样机为研究对象,介绍系统组成及运行原理,并通过研发的液压测试平台对两种发电控制策略开展试验研究。首先,对流量控制阀变开度发电控制策略开展试验,结果表明采用该策略可使输出电压在一段时间内趋于稳定,提高发电质量,同时提出两种基于液压测试平台获取比例流量控制阀有效输入电信号的方法。其次,通过在液压系统样机输出端接入多个发电机组实现梯度发电控制策略,数据结果证实可有效提高瞬时输出功率,提升波浪能发电装置在不同波况下的自适应性,同时对在实海况中实现该控制策略的条件进行初步讨论。

利用差示扫描量热法和低温显微技术研究辛酸、月桂酸及其二元系统的热性能，建立辛酸／月桂酸二元系统相图。实验结果表明：辛酸／月桂酸二元系统的相图较复杂，辛酸质量分数较低时发生转熔，转熔温度约为14℃，转熔点相应的辛酸质量分数为60％；辛酸质量分数较高时发生共晶，共晶熔融温度为7．44℃，相变潜热为136．43J／g，共晶点相应的辛酸质量分数为80％，该共晶熔融温度适合于空调蓄冷。辛酸／月桂酸共晶混合物经过60次、120次冻熔循环后，其共晶熔融温度、熔融热、比热未发生明显变化，具有较好的热稳定性，可用作相变蓄冷材料。

以液压型风力发电机组调速系统为研究对象,针对变量马达的恒转速控制问题,结合动态矩阵控制(DMC)原理,提出一种基于DMC的液压型风力发电机组调速系统预测控制方法,并通过Simulink-AMESim联合仿真技术分析预测步长与控制步长对转速控制的影响规律。研究结果表明,与经典PID控制方法相比,基于DMC的预测控制方法提升了液压型风力发电机组调速系统的控制性能,可为后续工程实际应用提供理论指导。

针对采用蓄电池提供直流母线电压难于满足波能装置装机容量不断增长需求的问题,提出基于逆变器直流电压模式的多液压发电机组并网接入方法。逆变器为液压发电机组直接提供直流母线电压,组建成波能装置无蓄电池组支撑的直流纳电网。建立了逆变器直流电压模式电路拓扑和直流电压外环控制回路。通过多液压发电机组波能装置基于逆变器直流电压模式仿真试验,验证了无蓄电池组波能装置并网接入方法的可行性。该研究成果已应用到500 kW“长山号”波能装置中,为大功率波能装置并网系统研究奠定了基础。

由于二次动态矩阵控制(quadratic dynamic matrix control,QDMC)算法中二次规划求解计算量大、实时性差等问题,难以满足液压型风力发电机组变量马达转速的高精度快速控制需求。该文提出一种双重速率二次动态矩阵控制算法(dual rate QDMC,DR-QDMC),将控制增量的求解分解为快速层和慢速层2个时间尺度进行,利用AMESim-Simulink/Matlab联合仿真平台构建液压型风力发电机组的AMESim仿真模型并研究分析DR-QDMC算法性能。仿真实验结果表明,DR-QDMC算法不仅可增强系统控制实时性,而且还能提升变量马达转速控制的快速性和抗扰性。

构建液压蓄能式波浪能发电系统,以降低电能传输过程交流侧电流谐波为目标,提出采用三开关Vienna整流器与T型三电平逆变器构成的电能传输方案。介绍发电系统组成部分,分析Vienna整流器与T型三电平逆变器的优势,并建立系统主要部件数学模型。在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,在不同波浪条件下对系统间歇发电模式与连续发电模式进行仿真。仿真结果表明,系统可在不同波浪条件下稳定工作,采用的变流方案对机侧与网侧电流谐波抑制效果佳,满足并网标准对电流谐波限值和总谐波畸变率的要求。

针对小型海洋观测仪器用电需求,研究高效、可靠的小型液压式波浪能装置能量转换系统。在实验室建立一套3 kW的液压式波浪能能量转换系统,进行不同电阻负载、不同蓄能体积以及不同控制策略的液压系统试验,获得PTO效率曲线及各发电过程的特性曲线,详细分析不同控制策略的能量转换特性,得到PTO效率随阻值的增大趋于平稳、蓄能体积基本不影响PTO转换效率的结论,验证有蓄能器无控制器型直冲式能量转换系统的可行性。

针对波浪能发电装置的液压系统存在环境污染、安全性差和工作可靠性差等问题,设计一种以水为工质的波浪能发电装置液压系统,对系统组成和液压元件设计进行分析,有效解决传统油压传动存在的问题,为海洋环境中液压系统的优化设计提供一种新思路。同时设计一种基于STM32单片机的液压参数监测系统,可实现对压力、温度、流量、转速的实时监测。在实验室条件下对系统进行测试,结果表明:该液压系统工作性能稳定、监测系统测试精度高,可作为监控液压系统工作状态的有效方式。