●前言
章 绪论 1
1.1 波浪发电概述 1
1.1.1 波能的特点与分布 1
1.1.2 波浪发电发展历史 3
1.2 波能转换装置的种类 5
1.2.1 按安装形式分类 6
1.2.2 按安装位置分类 7
1.2.3 按能量传递方式分类 7
1.2.4 按波能吸收类型分类 9
1.2.5 按工作原理分类 9
1.3 波能转换装置锚泊系统 11
1.3.1 单元波能转换装置锚泊系统 12
1.3.2 波能转换装置阵列锚泊系统 12
1.4 波浪发电机的种类与性能 14
1.4.1 波浪发电机种类 14
1.4.2 波浪发电机性能 15
1.5 波浪发电控制技术 17
1.5.1 波能转换装置控制 18
1.5.2 波浪发电系统机械传动系统控制 21
1.5.3 波浪发电机变特性曲线控制 21
1.5.4 波浪发电并网控制 23
参考文献 25
第2章 波能转换装置的基本原理 31
2.1 波浪理论 31
2.1.1 微幅波理论 32
2.1.2 有限振幅波理论 35
2.2 浮子式波浪发电系统 37
2.2.1 数学模型 39
2.2.2 典型应用 40
2.3 鸭式波浪发电系统 41
2.3.1 数学模型 41
2.3.2 典型应用 43
2.4 聚波水库式波浪发电系统 44
2.4.1 数学模型 45
2.4.2 典型应用 46
2.5 截止式波浪发电系统 47
2.6 衰减式波浪发电系统 48
2.6.1 数学模型 48
2.6.2 典型应用 50
参考文献 51
第3章 浮子式波浪发电系统数学建模 52
3.1 浮子式波浪发电系统工作原理 52
3.1.1 浮子式波浪发电系统的机械原理 52
3.1.2 浮子式波能转换装置数学模型 53
3.1.3 浮子式波浪力的计算方法 55
3.2 浮子式波浪发电系统的受力分析 58
3.2.1 浮力 58
3.2.2 波浪压力 59
3.2.3 海水黏滞阻力 60
3.2.4 重力和系链拉力 60
3.2.5 缆绳张力 63
3.3 浮子式波浪发电系统的仿真分析 64
3.3.1 仿真参数 64
3.3.2 结果与分析 65
3.4 改进型浮子式波浪发电系统 66
3.4.1 浮子式波浪发电系统 66
3.4.2 传统结构波能转换装置 67
3.4.3 环形结构波能转换装置 68
3.5 环形波能转换装置的仿真分析 69
3.5.1 装置数学模型 69
3.5.2 结果与分析 70
3.6 质量可调浮子设计和调节方法 74
3.6.1 质量可调浮子设计 75
3.6.2 基于质量可调浮子的波浪发电系统 75
3.6.3 质量可调浮子的优化调节方法 77
3.7 质量可调浮子软件建模与仿真 81
3.7.1 质量可调浮子3D建模 81
3.7.2 质量可调浮子幅值响应分析 83
3.7.3 计算精度对比 87
参考文献 88
第4章 波浪发电系统的全电气化模拟 90
4.1 复振动和相量 90
4.2 机电相似性原理 92
4.3 波浪发电系统的电气化模拟 99
4.3.1 类电气化模拟 99
4.3.2 二类电气化模拟 101
4.3.3 机械元件的电气化模拟 102
4.4 波浪发电系统的全电气化 102
4.4.1 系统建模 103
4.4.2 系统对应的电路模型 107
4.4.3 缆绳的电气化模拟分析 109
4.4.4 全系统的完整电气化模拟电路 110
4.4.5 系统特性分析 111
4.5 波浪发电系统全电气化模拟仿真 114
4.5.1 控制器设计 114
4.5.2 参数计算 116
4.5.3 正弦波浪下的系统响应 118
4.6 基于质量可调浮子的直驱式波浪发电系统全电气化模拟 126
4.6.1 系统的电气化模拟 126
4.6.2 系统仿真 127
4.7 全电气化波浪发电实验系统 131
4.7.1 实验室级模拟电路 131
4.7.2 实验系统平台 137
参考文献 140
第5章 波浪发电机设计 142
5.1 波浪发电机研究现状 142
5.2 低速永磁同步波浪发电机 143
5.2.1 电磁设计 144
5.2.2 有限元分析 146
5.3 永磁同步直线波浪发电机 150
5.3.1 电磁设计 152
5.3.2 优化设计 153
5.3.3 有限元分析 158
5.4 双转子永磁同步波浪发电机 160
5.4.1 电磁设计 160
5.4.2 有限元分析 163
5.5 磁性齿轮复合多端口波浪发电机 166
5.5.1 电磁设计 167
5.5.2 有限元分析 171
参考文献 184
第6章 波浪发电系统的优选波能捕获与稳定控制 188
6.1 开关磁阻电机动态参考电流优选波能捕获控制 188
6.1.1 优选波能捕获控制方法 188
6.1.2 波能捕获装置力分析 190
6.1.3 控制策略与仿真验证 192
6.2 基于混合储能的系统稳定控制 198
6.2.1 波浪发电混合储能系统拓扑结构 199
6.2.2 混合储能系统充放电控制策略 200
6.2.3 混合储能协调控制算法 202
6.2.4 波浪发电混合储能系统仿真研究 203
6.3 波浪发电系统的比例谐振控制 208
6.3.1 比例谐振控制原理 209
6.3.2 比例谐振控制仿真 210
6.4 无功补偿对波浪发电系统稳定性的影响 213
6.4.1 TCSC对波浪发电系统的潮流控制作用 213
6.4.2 TCSC对波浪发电系统的暂态稳定影响 216
参考文献 217
第7章 多自由度波浪发电系统 221
7.1 概述 221
7.1.1 多自由度波浪发电简介 221
7.1.2 多自由度波浪发电的研究现状 223
7.1.3 多自由度波浪发电的难点与机遇 224
7.2 多自由度波能转换装置 225
7.2.1 液压式多自由度波能转换装置 225
7.2.2 压电式多自由度波能转换装置 227
7.3 多自由度波浪发电系统建模 228
7.3.1 坐标系的选择 228
7.3.2 浮子的受力分析 230
7.3.3 垂荡自由度波浪发电装置的数学模型及受力分析 235
7.3.4 垂荡自由度波浪发电装置的等效电路 239
7.3.5 两自由度波浪发电装置的数学模型及受力分析 241
7.3.6 两自由度波浪发电装置等效电路 243
7.3.7 多自由度波浪发电装置的解耦分析 245
7.4 两自由度点吸收式波浪发电装置的稳定性分析 246
7.4.1 垂荡自由度波浪发电装置的稳定性分析 246
7.4.2 横荡自由度波浪发电装置的稳定性分析 251
7.5 两自由度波浪发电系统的模拟与分析 253
7.5.1 垂荡自由度波能转换装置仿真分析 253
7.5.2 共振条件下波能转换装置输出功率影响因素分析 255
7.5.3 两自由度波浪发电装置仿真分析 259
参考文献 260
第8章 阵列式波浪发电系统优化与控制 263
8.1 阵列式波浪发电系统 263
8.2 阵列式波浪发电系统数学模型 265
8.2.1 阵列式波浪发电系统的水动力模型 265
8.2.2 近场入射波速度势 267
8.2.3 散射波速度势 268
8.2.4 辐射波速度势 270
8.2.5 散射方程 270
8.2.6 运动方程 271
8.2.7 相互作用系数 272
8.3 垂荡自由度波浪发电系统的阵列优化 273
8.3.1 标准差分进化算法概述 273
8.3.2 差分进化算法的改进 274
8.3.3 阵列初始条件选择 276
8.3.4 算法改进后的性能比较 279
8.3.5 阵列式波能转换装置优化分析 281
8.3.6 WEC阵列分布规律比较 283
8.4 垂荡-横荡两自由度波浪发电系统的阵列优化 284
8.4.1 垂荡-横荡两自由度波浪发电系统阵列模型 284
8.4.2 两自由度WEC阵列优化与单自由度WEC阵列优化的对比 285
8.4.3 横荡运动对阵列式波浪发电系统的影响 286
8.4.4 阵列规模对两自由度阵列式波浪发电系统的影响 290
参考文献 291
第9章 波浪发电系统的应用与前景 293
9.1 波浪发电的典型应用 293
9.1.1 Oyster波浪发电装置 293
9.1.2 Pelamis波浪发电装置 294
9.1.3 Power Buoy波浪发电装置 295
9.1.4 鹰式波浪发电装置 296
9.2 波浪发电的现存问题 298
9.2.成本问题 298
9.2.效率问题 299
9.2.材料问题 299
9.2.可靠性问题 300
9.2.环境问题 301
9.2.其他问题 301
9.3 波浪发电的发展趋势 302
参考文献 305
内容简介
本书主要涵盖波能转换装置及波浪发电系统的结构原理、模型分析，以及相关控制系统的设计与应用等，并对波浪发电系统的优选波能捕获、多自由度波能转换装置设计、波浪发电机设计和阵列式波浪发电系统优化控制等关键技术进行了详细论述。全书力求贯彻理论与实际相结合的原则，既阐明基本概念和基本原理，也给出典型波浪发电系统设计与控制的具体过程，同时反映波浪发电系统设计与控制的新技术、新成果和实际应用的新动态，目的在于给广大波浪发电系统研究者提供一部技术较为全面、内容新颖的著作，并积极推进我国海上新能源的开发与利用。 本书可供从事波浪发电系统设计与控制的相关人员参考，也可作为高等院校电气工程与海洋科学等专业本科生、研究生的参考教材。
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