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第36卷第2期海洋工程V ol.36N o.2 2018 年 3 月THE OCEAN ENGINEERING Mar. 2018文章编号：1005-9865 (2018) 02-0119-08基于UDF的水平轴潮流能水轮机被动旋转水动力性能研究陈文鹏，刘胤超，陈立卫(杭州江河水电科技有限公司，浙江杭州310012)摘要:针对水平轴潮流能水轮机被动旋转问题，基于Fluent 17.0,运用UDF(User Defined Function)控制滑移网格对网格进行 动态调整，仿真研究水轮机在不同安放角下被动旋转的水动力特性。
通过仿真分析，结果表明:潮流能水轮机随着叶片安放 角度的增加，尖速比、输出功率、捕能系数都是先增大后减小，叶片安放角为6°时，叶轮前后速度差最大，对潮流能利用充分，且各项性能均达到最佳;通过分析叶片受力，叶尖叶素在安放角为2°时阻力最大,3°时升力最大，升阻比在6°时最大，此时叶 尖叶素升阻比C,/C d =6.27、攻角a = 3.06°。
由仿真结果可知水平轴潮流能叶轮的自启动过程由5个阶段组成，即加速度增大 的加速运动段一加速度减小的加速运动段一加速度反向增大的减速运动段一加速度反向减小的减速运动段一稳定运行段，这对潮流能水轮机的设计具有重要的指导意义。
关键词:水平轴;潮流能水轮机;被动旋转;UDF;安放角;水动力性能中图分类号：P743 文献标志码：A D0I:10.16483/j.issn.1005-9865.2018.02.014Study on hydrodynamic performance of horizontal tidal turbinerotating passively based on UDFC H E N Wenpeng,LIU Yingchao,C H E N Liwei(Hangzhou Jianghe Hydro-Electric Science and Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310012，China)A bstract：Aiming at the problem of horizontal tidal turbine rotating passively, and using UDF(User Defined Function) to control the sliding mesh to adjust grid dynamically by Fluent 17.0，the hydrodynamic performance of passive rotating for various pitch angles w，as studied. Results show that with pitch angel increasing, all of its tip speed ration, output power and energ^^-catching coefficient increase first and then decrease, the velocity difference is much larger in front and at back of the rotor for 6°pitch angle, the use of velocity energy is sufficient, and they are all optimum for 6° pitch angle. Analyzing the force of Blade-tip airfoil shows that its maximum drag is at 2° pitch angle, maximum lift is at 3°pitch angle ，optimal lift-drag ratio is 6.27 at 6° pitch angle and its attach angle is 3.06. The starting-up process of turbine has five phases：accelerating motion of angular acceleration increasing，accelerating motion of angular acceleration decreasing，accelerating motion of negative angular acceleration increasing，accelerating motion of negative angular acceleration decreasing and stability, which is of guiding significance to the design of tidal turbine.Keywords：horizontal tidal turbine；rotating passively；UDF；pitch angle；hydrodynamic performance潮流能是海洋能的一种，是伴随着潮汐现象产生的有规律的海水水平运动所包含的动能。
海流能发电原理一、引言海洋是地球上最大的能源库之一，其中海流是一种可再生的清洁能源资源。
利用海流发电已成为一种具有巨大潜力的新能源发展方向。
本文将介绍海流能发电的原理及其应用。
二、海流能发电原理海流能发电是利用海流的动能转化为电能的过程。
海流是由地球自转和重力引起的水体运动，其能量来源于太阳能。
海流能发电原理主要包括以下几个步骤：1. 海流采集：首先需要选择适合的地点进行海流能采集。
通常选择海流强度较大、流速稳定的海域，如洋流和海峡。
2. 海流能转换：海流能转换主要通过潮汐发电和海流涡轮机发电两种方式。
a. 潮汐发电：利用潮汐涨落的周期性变化，通过建立潮汐发电站来收集能量。
潮汐发电站通常由涡轮机和发电机组成，涡轮机通过潮汐涨落的水流驱动，进而带动发电机产生电能。
b. 海流涡轮机发电：海流涡轮机发电利用海流的动能驱动涡轮机旋转，通过转子带动发电机产生电能。
涡轮机的设计需要考虑海流的流速、密度、方向等因素，以确保效率和稳定性。
3. 电能输送：海流能发电后，通过电缆将产生的电能输送到陆地上的电网。
输送过程需要考虑电缆的长度、电能损失、电网的接入等问题。
三、海流能发电的应用海流能发电具有广阔的应用前景，可以为能源需求大的沿海地区提供可持续的清洁能源。
以下是海流能发电应用的几个方面：1. 沿海电网供电：利用海流能发电可以为沿海地区提供稳定的电力供应。
沿海地区通常人口密集，能源需求大，海流能发电可以成为一种可靠的清洁能源补充。
2. 海上设施供电：海流能发电可以为远离陆地的海上设施提供电力。
例如海上石油平台、远洋船舶等，利用海流能发电可以减少对传统能源的依赖，提高能源利用效率。
3. 海岛供电：海流能发电也可以为一些偏远海岛提供电力。
部分海岛地理条件较为特殊，传统能源供应困难，利用海流能发电可以解决能源供应问题，促进当地经济发展。
4. 海洋资源开发：海流能发电可以与其他海洋资源开发相结合。
例如海洋养殖、海水淡化等项目，可以利用海流能发电为这些项目提供所需的电力。
DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.04.018基于变桨系统的功率与载荷双目标协同控制曾凌霄，刘宏伟，李伟，林勇刚，顾亚京(浙江大学 流体动力与机电系统国家重点实验室，浙江 杭州 310027)摘 要：为了保证机组功率的稳定及尽可能降低机组载荷，以600 kW 水平轴海流能发电机组为对象，围绕功率和载荷2个方面设计基于功率与载荷双目标的协同变桨控制策略. 在功率方面，基于黄金分割法将流速段分割，每段采用不同的fuzzy PID 控制；在降载方面，采用d -q 变换的方式，从叶轮坐标系将叶根弯矩变换到d -q 坐标系，实现了三维转二维的简化，基于PID 进行控制，经过Coleman 反变换将结果输出给变桨执行机构，完成独立变桨. 通过Matlab/Simulink 和海流能分析软件Bladed 进行联合仿真. 结果表明，采用该控制策略，可以在保证功率稳定的同时，显著降低叶轮的不平衡载荷.关键词： 水平轴海流能机组；独立变桨；黄金分割法；d -q 变换；功率控制；载荷控制；发电中图分类号： TK 73 文献标志码： A 文章编号： 1008−973X （2021）04−0750−07Cooperative control of power and load based on pitch systemZENG Ling-xiao, LIU Hong-wei, LI Wei, LIN Yong-gang, GU Ya-jing(State Key Laboratory of Fluid Power Transmission and Control , Zhejiang University , Hangzhou 310027, China )Abstract: A collaborative pitch control strategy was designed based on power and load for 600 kW horizontal axiscurrent turbine in order to ensure the stability of the power and reduce the load as much as possible. The flow rate segment was divided based on golden section method in terms of power, and each segment adopted different fuzzy PID control. The d-q transformation method was used to transform the blade root bending moment from the impeller coordinate system to the d-q coordinate system in terms of load reduction. Then the simplification of three-dimensional to two-dimensional transformation was realized. The results were output to the pitch actuator through Coleman inverse transformation in order to complete the independent pitch based on PID control. The joint simulation of Matlab/Simulink and current energy analysis software Bladed was conducted. Results show that the proposed control strategy can significantly reduce the unbalanced load of the impeller while ensuring the power stability.Key words: horizontal axis marine turbine; individual pitch; golden section method; d -q transformation; power control;load control; electric generating海流能发电凭借能量密度大、周期性强等特点，成为近年来可再生能源中越来越重要的形式[1]，具有极高的开发价值. 目前，世界上最大的海流能发电机组已经达到单机2 MW 的级别，这标志着MW 级海流能机组的商业化解决方案已经愈发成熟[2]. 海流能发电机组的控制形式从最早的定桨控制发展到联合变桨控制到现在的独立变桨控制，控制目标从单纯追求能量捕获最大[3]，发展到同时重视发电功率的稳定性以及降低叶轮不平衡载荷[4]. 这些控制目标是当今海流能发电机组发展的主要突破口.相对于风力发电，海流能发电的介质是海水[5]，在获得高能量密度比优势的同时，对机组结构强度、可靠性、稳定性等提出了更高的要求.收稿日期：2020−10−16. 网址：/eng/article/2021/1008-973X/202104018.shtml基金项目：国家重点研发计划资助项目(2018YFB1501900)；国家自然科学基金资助项目(51775487)；浙江省重点研发计划资助项目(2021C03182).作者简介：曾凌霄(1995—)，男，硕士生，从事可再生能源发电的研究. /0000-0002-2378-9214. E-mail ：*****************通信联系人：刘宏伟，男，教授. /0000-0003-3389-1869. E-mail ：**************第 55 卷第 4 期 2021 年 4 月浙 江 大 学 学 报(工学版)Journal of Zhejiang University (Engineering Science)Vol.55 No.4Apr. 2021目前的变桨控制理论主要有以下2个方向.1）功率控制. 降低机侧发电功率抖动，使得对电网的冲击尽量减小，实现可靠供电. 2）载荷控制.以机组使用寿命最大化(主要是叶轮疲劳寿命)为目标，尽可能消除叶轮坐标系中3个弯矩方向的不平衡载荷. 目前综合上述2个方向的海流能变桨控制理论研究及公开文献甚少，刘宏伟等[6]针对海流能机组的载荷控制提出可行方案，但是缺乏关于功率稳定的讨论和研究. 在实际的运行场景中，这两个方向都是应该尽量满足的. 本文结合上述2个方向，率先给出比较有效的解决方案，既解决了功率稳定的问题，又降低了各叶片的叶根弯矩.本文聚焦于稳态功率的稳定和叶片叶根处弯矩的降低这2个方面，提出将基于黄金分割法分段模糊PID 的功率控制和基于d -q 变换[7]的弯矩控制作为水平轴海流能机组独立变桨控制策略.功率稳定性控制以模糊PID 控制为基础，根据流速/最佳桨距角曲线，采用黄金分割法，在流速区间上进行针对性分段，对每一段采用指定参数进行细粒度控制，以实现精准、有效的功率控制方案. 在载荷方面，叶根作为叶轮系统中极限应力的关键位置，对于整个叶轮的应变和疲劳寿命有着很重要的影响. 该方案针对叶根弯矩（对俯仰力矩和偏航力矩均有贡献）的最小化进行控制，效果显著.1 海流能机组理论建模1.1 叶轮功率捕获原理依据动量理论（见图1），本质上可以将叶轮当成致动盘，流体流经这个致动盘的同时会形成压降. 该压降使得致动盘产生动能，从而推动叶轮转动. 具体的功率P 表示为ρβλλ=ωR /v 式中：为海水密度；R 为叶轮半径；v 为海水流速；为桨距角；为叶尖速比，；C p 为叶轮捕能系数，C p 与叶尖速比和桨距角成非线性关系. 通过调整桨距角，改变叶片的升阻力，即可改变捕能效率，达到功率控制的目的.1.2 叶轮系统叶根载荷分析Ωa b d D 根据叶素原理，设叶轮转速为；来流速度为U o ；W 为水流和叶片相对速度；为轴向诱导因子；为径向诱导因子；为叶素所受阻力，方向d L rd L d D 和W 相同；为升力，方向与W 垂直. 以某半径处的叶素为例，受力情况如图2所示. 和的计算公式分别为ρc C l C d 式中：为海水密度，为叶素弦长，为升力系数，为阻力系数.d T d P 将升力和阻力投影到轴向和切向方向，得到弯矩和功率如下：根据叶素中的升力和阻力，进行积分求解，将合力投影到叶片坐标系中的3个方向，得到每个叶片叶根关于挥舞方向和摆振方向的弯矩：图 1 能量捕获系数的特性曲线Fig.1 Curve of energy capture coefficientU od D d L d L cos ϕ+d D sin ϕd L cos ϕ+d D sin ϕϕΩWΩr (1+b )U o (1−a )ϕαβYrd rZ图 2 叶素受力示意图Fig.2 Schematic diagram of force for blade element第 4 期曾凌霄, 等：基于变桨系统的功率与载荷双目标协同控制[J]. 浙江大学学报：工学版,2021, 55(4): 750–756.751M Xi M Yi式中:为挥舞方向的弯矩，为摆振方向的弯矩，Φ为入流角.叶根弯矩直接和入流角相关，入流角取决于桨距角β，所以通过控制桨距角能够完成叶根载荷的调节.2 协同变桨控制原理在功率控制环节，提出基于黄金分割法的分段模糊PID控制，克服了传统PID的一些不足. 1）迁移性较差. 一旦环境参数发生变化，可能导致控制效果急剧下降. 2）控制精度不够细化. 轻微的参数调整可能引起响应的巨大抖动.模糊控制[8]有着较好的自适应性, FuzzyPID 的优势在于其类似于一个专家系统，对于输入，根据经验，给出适合的控制策略，能够自动整定PID 的各个参数，实现较好的迁移性.分段的核心原理是基于模型的桨距角优选，得到每个流速下的最优桨距角，对流速进行分段控制处理，原理是黄金分割[9]. 结合FuzzyPID在其他领域的应用 [10-14]，对接近于线性变化的区域采用一套控制策略，实现更加细化的控制.2.1 基于模型的桨距角优选执行的步骤如图3所示，步骤主要如下. 1）选定流速区间[v s,v e]. 2）从指定的桨距角开始进行尝试，根据机组的C p曲线，计算和额定功率的功率误差，根据误差决定是选取还是继续向下尝试. 3）在右边界速度的目标桨距角选取之后，完成记录. 4）将流速和桨距角之间的数学关系拟合成多项式表达，即β(x).2.2 黄金分割法分段控制在得到桨距角优选曲线后，采用黄金分割法，将大的流速区间分割成多个小的流速段，具体原理如图4、5所示. 其中(v s, βs)为起点，(v e, βe)为终点，线性插值函数如下:借鉴文献[15~17]弯矩控制的本质是为了尽可能地降低叶根弯矩M Y B，实现每个叶片摆振力矩的最小化，以提高整个叶轮的疲劳寿命.控制策略是借鉴电气控制上的d-q变换，将原来3个维度的叶根弯矩，经过矩阵变换，转换成d-图 3 基于模型的桨距角优选过程Fig.3 Optimization process of pitch angle based on modelEF (x)β (x)βcβsvsveX2X1X1'图 4 黄金分割示意图Fig.4 Schematic diagram of golden section图 5 黄金分割法分割流速区间过程Fig.5 Process of dividing velocity interval by golden section752浙 江 大 学 学 报（工学版）第 55 卷q 轴上的弯矩；利用相应的控制算法，采用PID 控制，在减小计算量的同时兼顾了控制效果.结合功率控制和弯矩控制，如图6所示，依靠Matlab/Simulink 和Bladed 2个工程软件的联合仿真，将控制模块分成3个：功率控制模块、载荷控制模块和转矩控制模块. 整体结构如图7所示.黄金分割流速分段E F (x )β (x )βcβs v sv eX 2X 1X 1′图 7 功率与载荷协同控制整体方案Fig.7 Overall scheme of power and load cooperative control3 仿真建模3.1 模型参数以600 kW 水平轴三叶片海流能机组为对象，针对正常启动工作状态下的机组，采用独立变桨控制. 整个模型的基本参数如表1所示.表 1 机组基本信息Tab.1 Basic information of marine turbine参数数值额定功率600 kW 叶轮直径16 m 桨距角0~90°发电机额定转矩19 108 N·m 发电机额定转速300 r/min3.2 仿真控制结构Matlab 负责逻辑控制，Bladed 负责水动力学建模. 工作流程如下. 在Bladed 中设置基本的模型参数：叶片信息、传动链、外部控制器地址等；在Simulink 中编写控制逻辑和通信程序；运行Bladed 和Simulink 开展仿真，得到仿真结果. 提出基于黄金分割的功率与载荷协同控制，按照功能分成3个部分：基本PID 转矩控制模块、基于黄金分割的分段Fuzzy PID 功率控制控制模块、基于d-q 变换及反变换的叶根弯矩控制模块. 如图8所示，最上部分是转矩控制，中间包含interval_switch 的部分是应用黄金分割法的功率控制，最下部分包含Load Control 框的是载荷控制.3.3 仿真结果以统一变桨的标准PID(以下简称统一变桨控制)控制和引入基于dq 控制的标准PID 控制（以下简称dqPID 控制）作为参照组，和提出的方法(以下简称双目标协同控制)进行比较. 围绕功率和叶根载荷2个指标进行比较，对不同流速段的效果进行探究.1）统一变桨控制和双目标协同控制对比.功率方面：相对于统一变桨控制, 双目标协同控制有效地缓解了功率波动，稳态误差明显降低，缺点是在启动阶段可能引起一定的超调量上升.叶根弯矩方面：与功率情况类似，弯矩峰值和稳态误差显著降低，对于疲劳寿命是一个提高，缺点是启动阶段有超调，详见图9、10.2）在统一变桨的基础上，引入基于dq 变换的叶根弯矩控制.功率方面：在引入dq 变换之后，稳态功率误差减小，几乎和目标方法效果一致；本文提出方法在dq 变换的基础上有进一步的提高，表现在响应速度更快，前期建立平衡的过程中功率抖动和超调量更小，这是分段模糊PID 的优势之一：即图 6 叶根弯矩控制过程Fig.6 Process of blade root bending moment control第 4 期曾凌霄, 等：基于变桨系统的功率与载荷双目标协同控制[J]. 浙江大学学报：工学版,2021, 55(4): 750–756.753功率平稳的控制效果更好.弯矩方面：由这3条曲线可以看出，dq 叶根弯矩控制降低了峰值弯矩和稳态误差，但是使得弯矩超调量大幅度上升. 双目标协同控制有效地降低了超调量，详见图11、12.发电机转速模态增益扭矩1681317实际功率流速vtolOut1Out2Out315u 2×−+−+Err1ErrAng_UAng_UAng_UErrErrOut2PID2-C->=4扭矩输出600 000功率参考值切换开关FuzzyPID_1FuzzyPID_2FuzzyPID_39101112叶片 1 叶根弯矩叶片 2 叶根弯矩叶片 3 叶根弯矩叶轮方位角载荷控制M Y 1Beta1Beta2Beta3M Y 2M Y 3Azimu+++++++++123桨距角 1桨距角 2桨距角 3图 8 基于黄金分割的功率与载荷协同控制逻辑框图Fig.8 Logic block diagram of power and load cooperative control based on golden section图 9 与统一变桨控制功率的对比Fig.9 Comparison of power with uniform pitch control图 12 3种方案的叶根弯矩情况Fig.12 Root moment among three plans图 10 与统一变桨控制叶根弯矩的对比Fig.10 Comparison of root moment with uniform pitch control图 11 3种方案的功率情况Fig.11 Power among three plans 754浙 江 大 学 学 报（工学版）第 55 卷3）在不同流速段的表现.由图13可知，在功率曲线方面，双目标协同控制下的稳态误差几乎不受流速增大的影响，只是在启动阶段，超调量会随着流速的增大而增大；在降低叶根弯矩方面的效果更好，随着流速的增大，稳态叶根弯矩逐渐减小，详见图14、15.图 13 不同流速下的功率Fig.13 Power in different flow velocities图 14 不同流速下的叶根弯矩Fig.14 Root moment in different flow velocities图 15 流速模拟曲线Fig.15 Simulation curve of flow velocity4 结 论（1）在降低不平衡载荷方面，双目标协同控制相对于dqPID 控制，超调量从1 874 kN·m 下降到了1 558 kN·m,稳态时的弯矩的波动范围小幅下5%降了，体现了分段FuzzyPID 的效果，比统一变桨控制所采用的标准PID 更有效.±21%±1.6%（2）在功率稳态误差控制方面，双目标协同控制，相对于统一变桨控制的稳态误差，将稳态误差降低到了，证明了该方法在功率稳定中的有效性.（3）在多个流速段下，该方法在功率稳定控制和载荷降低层面均有很好的表现，体现了黄金分割法对于流速段分段处理策略的科学性以及应对复杂工况的全面性.（4）本文基于功率控制和载荷控制2个层面开展控制策略，相对于之前的单个维度的控制策略，均有更好的表现，这从侧面证明了兼顾功率和载荷控制的理论具有可行性.参考文献(References):ESTEBAN M, LEAFY D. 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项目组成员：张泽昊黄秋实薛祎凡主讲人：2014/3传统能源的危机•传统能源在利用时，大多是通过燃烧，在燃烧的过程中，有害物质会对人体产生危害。
由于世界范围内的能源危机，海洋新型无污染可再生能源的开发利用已势在必行。
什么是海流能•海流能是指海水流动的动能。
海流就像人体血管内的血流一样，不断地输送着营养，因此海流被人们形象地比作“海洋的血流”，一次来产生动能为人所用。
海流能的能量与流速的平方和流量成正比。
海流能的变化有规律。
潮流能随潮汐的涨落每天2次改变大小和方向。
流速在2m/s以上的水道有实际开发的价值。
发展海流能的条件•我国是一个具有丰富海洋能资源的国家，可开发利用量达10亿kW的量级。
•中国海域辽阔，有形式各异的海流能．这些海流的流速大，流量稳定．据估计中国近海和沿岸海流的能量就可达到一亿千瓦。
•海流能发电装置核心装备要研究的有叶片形式，传动形式，发电形式。
叶片形式：叶片是海流能捕获装置的关键部件，作为一级能量转换装置，其效率高低直接决定了机组效率的大小。
传动形式：在叶轮捕获能量后，需要经过传动系统来将能量传给发电机，目前海流能所选用的传动系统多是齿轮箱传动方式，因为齿轮箱传动方式与垂直轴式结构相比,水平轴式潮流能发电装置具有效率高、自启动性能好的特点。
•发电形式：如右图。
•水平轴海流能发电装置的附属装备部分需研究的有：载体样式、布置方式、密封形式。
•布置形式：如图为离网式水平轴海流能发电装置结构图，海流能发电机组主要由机械系统和电气系统两大部分组成。
•Marine Current Turbine公司在此方面有所造诣。
该公司设计的样机Seaflow可达300kW（2003）.•该公司研发的的1.2 MW双叶轮结构的Seagen样机成功进行了试运行（图14）SeaflowSeagen• 3.浙江大学:20 kW级机组稳定运行。
4.东北师范大学针对用于海洋探测仪器的发电装置进行研究,进行了相关试验。
海流能发电研究综述能源危机之火愈演愈烈，传统能源渐成杯水车薪，各国都纷纷走上了寻求新能源的道路。
作为覆盖地球表面 71%的海洋蕴含着巨大的能源，其中海流能凭借其分布广泛，绿色环保，可预测性好等独特优势，引起了世界各国的关注。
我国作为世界上海流能最为丰富的地区之一，亟待加大对该能源的研究和开发力度。
本文聚焦于海流能发电技术，综述了目前海流能发电及其能量控制系统的特点和工作原理，并指出了海流能这种清洁能源在我国的分布情况及可开发利用的范围，然后对其开发成本和经济环境效益进行了探讨，最后指出了海流能发电技术的未来发展趋势，以及对我国未来海流能开发技术发展的愿景，以期抛砖引玉，能给该领域的研究者一些有益的思考。
能源是国民经济重要的物质基础，随着我国经济的高速发展，据有关专家估测，到 2050 年我国能源消耗总量将达到 2000 年的 3 倍，传统的能源结构产能提升的减缓和国民经济对能源日益增加的需求间的矛盾日益尖锐，特别在沿海经济发达地带，能源短缺问题更为严重，使得开发新能源的任务日渐紧迫。
我国拥有广阔的海岸线，海洋除了蕴含丰富的矿产资源资源和油气资源外，还蕴含着丰富的海洋能资源，这是一种“可再生的”清洁能源。
因此有必要对其进行研究，以期得到充分的开发利用。
本文将综述海流能的特点及其能源转换系统的几个关键性问题，并对其技术的发展进行一定的展望，以飨读者。
1 海流能的特点海洋能的存在形式多样，如海流能、波浪能、盐差能、温差能等，发电是开发利用海洋能的主要形式。
海流是由潮汐引起的有规律的海水运动或海底水道和海峡中较为稳定的流动。
大量的海水从一个海域长距离地流向另一个海域所形成的海水环流是最常见的海流。
和其他可再生能源相比，海流能具有以下几个特点：海流能的能流密度比风能高得多。
2m/s 海流的能流密度是10m/s 的风能的能流密度的 6 倍多。
对于特定的海域，海流主要在潮汐作用下运动，由于潮汐作用是地月引力的周期性变化引起的，所以海流运动其有很强的规律性、可预测性和持续性。
海流能发电系统功率跟踪控制策略方法研究毛昭勇;黄伟超;樊瑜【摘要】针对一种可伸缩式垂直轴叶轮海流能发电系统,开展最大功率跟踪控制策略研究,解决在海流动态变化过程中的最大能量捕获问题.针对现有海流能最大功率跟踪控制方法存在需要准确测量海流速度、控制系统设计复杂等问题,在分析海流能发电系统运动方程和转矩特性基础上,提出了一种基于2阶滑模控制的最佳转矩控制策略,将叶轮模型输出的转矩作为转矩环的反馈信号.仿真结果表明,所设计的功率调节装置和控制系统能动态地跟踪最大功率点,具有良好动态特性和控制效果,验证了控制策略的稳定性和有效性,对后续开展海流能发电系统实物样机设计具有实际指导意义.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2015(036)010【总页数】6页(P2000-2005)【关键词】一次能源;海流能发电系统;最大功率跟踪;2阶滑模;最佳转矩【作者】毛昭勇;黄伟超;樊瑜【作者单位】西北工业大学航海学院,陕西西安710072;西北工业大学航海学院,陕西西安710072;西北工业大学航海学院,陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】TK71为了有效地解决能源危机和大气环境的污染问题，人们正在积极开发各种可再生的新能源来代替传统的能源发电。
海流能由于具有可再生、绿色环保的性质，日益受到世界许多国家的重视。
据估计，世界各大海洋中所有海流的总功率达50亿kW左右，因此，科学地、更大规模地利用海流能对维持经济的可持续发展具有重要和深远的意义。
考虑到海流能具有不规则的特点，本文主要针对一种可伸缩式垂直轴叶轮海流能发电系统，开展最大功率点跟踪控制策略研究，解决在海流动态变化过程中的最大能量捕获问题。
目前，最大海流能捕获控制方法主要有最佳叶尖速比查表法、爬山搜索法、模糊控制和自适应控制法等，其中查表法要求有准确的海流速信号，但海底环境比较复杂，海流速难以准确测量；搜索法需要对转速进行连续试探性的调节，易产生转矩高频脉动，增加传动链的疲劳载荷；而模糊控制和自适应控制方法较为复杂，对控制器的设计要求较高［1］。
海流能发电装置的基本组成
海流能发电装置是利用海洋中的流动能量来驱动发电机从而产生
电能的装置。
其基本组成如下：
1. 海洋涡轮机
海洋涡轮机是海流能发电装置的核心部分，其主要功能是将海洋
中的流体动能转化为机械能，从而带动发电机发电。
常见的海洋涡轮
机包括挂于浮标上的水平轴悬挂涡轮机和固定在海底的垂直轴叶轮机。
2. 海底电缆
海底电缆是将海流能发电机产生的电能从海底输送到陆地的重要
组成部分。
其主要功能是将发电机产生的直流电转化为交流电，并输
送到陆地接入电网。
3. 浮标
浮标是海流能发电装置的重要组成部分，其主要功能在于承载涡
轮机并固定在海洋中的特定位置。
浮标通常是防水且耐腐蚀的结构，
建造时需要考虑海洋环境、波浪条件和海流情况等因素。
4. 发电机
发电机是将海流能转化为电能的关键部件，其主要功能是把涡轮
机带来的机械能转化为电能。
发电机通常由转子和定子两部分组成，
通过磁场相互作用产生电能。
5. 控制器
控制器是控制海流能发电装置运行的关键部件，其主要功能在于实现发电机和海洋涡轮机的匹配，并调节运行参数以确保装置的高效稳定运行。
总之，海流能发电装置是一种利用海洋能源的新型发电装置，采用海洋涡轮机和发电机等主要部件实现海流能到电能的转换。
未来，随着技术的发展和成本的降低，海流能发电装置有望成为一种可靠的清洁能源供应方式，为环保、节能等领域做出积极贡献。
水平轴风力发电机技术原理(一)
水平轴风力发电机技术原理
1. 引言
•简介水平轴风力发电机的基本原理和应用领域2. 风能转换
•解释风能转换的概念和重要性
•介绍风能转换的过程中涉及的关键组件
3. 叶轮设计与风能捕捉
•解释叶轮的作用和设计原理
•描述如何最大化风能的捕捉效率
4. 发电机转换
•介绍风能转换为电能的过程
•解释发电机转换的原理和关键技术
5. 转速控制与稳定性
•讨论转速控制的重要性和方法
•解释稳定性问题以及相关解决方案
6. 输电与储能
•说明发电后的输电过程和需要考虑的问题
•简要介绍风能发电的储能技术
7. 持续改进与新技术
•展望水平轴风力发电机技术的发展趋势
•介绍当前研究中的新技术和潜在突破点
8. 结论
•总结水平轴风力发电机技术原理的重点内容
•强调其在可再生能源领域的重要性和潜力
以上是一份关于水平轴风力发电机技术原理的文章。
文章采用markdown格式，用标题副标题的形式展示相关原理。
通过使用列点的
方式，逐步深入解释了风力发电的原理、风能转换、叶轮设计、发电
机转换、转速控制、输电与储能以及持续改进与新技术等方面的内容。
文章的目的是全面介绍水平轴风力发电机技术原理，帮助读者了解其
基本原理和应用领域。
舰船综合电力系统中的机电能量转换技术舰船综合电力系统中的机电能量转换技术一、引言舰船综合电力系统是现代军舰上的重要组成部分，它负责将各种能源转换为电能，供给各种设备和系统使用。
机电能量转换技术在这一过程中起着至关重要的作用。
本文将从机械能到电能的转换、热能到电能的转换以及光能到电能的转换三个方面，详细介绍舰船综合电力系统中的机电能量转换技术。
二、机械能到电能的转换技术1. 柴油发动机柴油发动机是目前主要用于军舰上的主要动力装置之一。
它通过燃烧柴油产生高温高压气体，然后利用活塞运动将化学能转化为机械能。
接下来，通过连杆和曲轴等传动装置将活塞运动传递给发电机，进而实现机械能到电能的转换。
2. 燃气轮机燃气轮机是另一种常见于军舰上的主要动力装置。
它利用燃气燃烧产生的高温高压气体推动涡轮旋转，然后通过传动装置将旋转运动传递给发电机，实现机械能到电能的转换。
相比柴油发动机，燃气轮机具有更高的功率密度和更快的启动时间。
三、热能到电能的转换技术1. 蒸汽轮机蒸汽轮机是一种将热能转化为机械能的设备。
在舰船综合电力系统中，它通常由锅炉提供蒸汽，并通过高速旋转的涡轮来驱动发电机。
蒸汽轮机具有较高的效率和较大的功率输出，但启动时间较长。
2. 燃气透平机燃气透平机是一种利用燃气流经叶片产生推力并驱动涡轮旋转的设备。
它可以直接将燃气发电，无需锅炉等附加设备。
相比蒸汽轮机，燃气透平机具有更快的启动时间和更高的效率。
四、光能到电能的转换技术1. 太阳能光伏系统太阳能光伏系统利用光伏电池将太阳能转化为直流电能。
在舰船综合电力系统中，太阳能光伏板通常安装在露天甲板上，通过连接到逆变器将直流电转换为交流电，供给各种设备使用。
太阳能光伏系统具有可再生、环保和低噪音等优势。
2. 光热发电系统光热发电系统利用聚光镜或平板集热器将太阳能聚焦到工作介质上，使其温度升高并产生蒸汽。
蒸汽通过传动装置驱动发电机产生电能。
光热发电系统适用于需要大量热能的场景，如海水淡化和舰载激光武器。
