●前言
第1章 緒論 1
1.1 波浪發電概述 1
1.1.1 波能的特點與分布 1
1.1.2 波浪發電發展歷史 3
1.2 波能轉換裝置的種類 5
1.2.1 按安裝形式分類 6
1.2.2 按安裝位置分類 7
1.2.3 按能量傳遞方式分類 7
1.2.4 按波能吸收類型分類 9
1.2.5 按工作原理分類 9
1.3 波能轉換裝置錨泊繫統 11
1.3.波能轉換裝置錨泊繫統 12
1.3.2 波能轉換裝置陣列錨泊繫統 12
1.4 波浪發電機的種類與性能 14
1.4.1 波浪發電機種類 14
1.4.2 波浪發電機性能 15
1.5 波浪發電控制技術 17
1.5.1 波能轉換裝置控制 18
1.5.2 波浪發電繫統機械傳動繫統控制 21
1.5.3 波浪發電機變特性曲線控制 21
1.5.4 波浪發電並網控制 23
參考文獻 25
第2章 波能轉換裝置的基本原理 31
2.1 波浪理論 31
2.1.1 微幅波理論 32
2.1.2 有限振幅波理論 35
2.2 浮子式波浪發電繫統 37
2.2.1 數學模型 39
2.2.2 典型應用 40
2.3 鴨式波浪發電繫統 41
2.3.1 數學模型 41
2.3.2 典型應用 43
2.4 聚波水庫式波浪發電繫統 44
2.4.1 數學模型 45
2.4.2 典型應用 46
2.5 截止式波浪發電繫統 47
2.6 衰減式波浪發電繫統 48
2.6.1 數學模型 48
2.6.2 典型應用 50
參考文獻 51
第3章 浮子式波浪發電繫統數學建模 52
3.1 浮子式波浪發電繫統工作原理 52
3.1.1 浮子式波浪發電繫統的機械原理 52
3.1.2 浮子式波能轉換裝置數學模型 53
3.1.3 浮子式波浪力的計算方法 55
3.2 浮子式波浪發電繫統的受力分析 58
3.2.1 浮力 58
3.2.2 波浪壓力 59
3.2.3 海水黏滯阻力 60
3.2.4 重力和繫鏈拉力 60
3.2.5 纜繩張力 63
3.3 浮子式波浪發電繫統的仿真分析 64
3.3.1 仿真參數 64
3.3.2 結果與分析 65
3.4 改進型浮子式波浪發電繫統 66
3.4.1 浮子式波浪發電繫統 66
3.4.2 傳統結構波能轉換裝置 67
3.4.3 環形結構波能轉換裝置 68
3.5 環形波能轉換裝置的仿真分析 69
3.5.1 裝置數學模型 69
3.5.2 結果與分析 70
3.6 質量可調浮子設計和調節方法 74
3.6.1 質量可調浮子設計 75
3.6.2 基於質量可調浮子的波浪發電繫統 75
3.6.3 質量可調浮子的優化調節方法 77
3.7 質量可調浮子軟件建模與仿真 81
3.7.1 質量可調浮子3D建模 81
3.7.2 質量可調浮子幅值響應分析 83
3.7.3 計算精度對比 87
參考文獻 88
第4章 波浪發電繫統的全電氣化模擬 90
4.1 復振動和相量 90
4.2 機電相似性原理 92
4.3 波浪發電繫統的電氣化模擬 99
4.3.1 第一類電氣化模擬 99
4.3.2 二類電氣化模擬 101
4.3.3件的電氣化模擬 102
4.4 波浪發電繫統的全電氣化 102
4.4.1 繫統建模 103
4.4.2 繫統對應的電路模型 107
4.4.3 纜繩的電氣化模擬分析 109
4.4.4 全繫統的完整電氣化模擬電路 110
4.4.5 繫統特性分析 111
4.5 波浪發電繫統全電氣化模擬仿真 114
4.5.1 控制器設計 114
4.5.2 參數計算 116
4.5.3 正弦波浪下的繫統響應 118
4.6 基於質量可調浮子的直驅式波浪發電繫統全電氣化模擬 126
4.6.1 繫統的電氣化模擬 126
4.6.2 繫統仿真 127
4.7 全電氣化波浪發電實驗繫統 131
4.7.1 實驗室級模擬電路 131
4.7.2 實驗繫統平臺 137
參考文獻 140
第5章 波浪發電機設計 142
5.1 波浪發電機研究現狀 142
5.2 低速永磁同步波浪發電機 143
5.2.1 電磁設計 144
5.2.2分析 146
5.3 永磁同步直線波浪發電機 150
5.3.1 電磁設計 152
5.3.2 優化設計 153
5.3.3分析 158
5.4 雙轉子永磁同步波浪發電機 160
5.4.1 電磁設計 160
5.4.2分析 163
5.5 磁性齒輪復合多端口波浪發電機 166
5.5.1 電磁設計 167
5.5.2分析 171
參考文獻 184
第6章 波浪發電繫統的優選波能捕獲與穩定控制 188
6.1 開關磁阻電機動態參考電流優選波能捕獲控制 188
6.1.1 優選波能捕獲控制方法 188
6.1.2 波能捕獲裝置力分析 190
6.1.3 控制策略與仿真驗證 192
6.2 基於混合儲能的繫統穩定控制 198
6.2.1 波浪發電混合儲能繫統拓撲結構 199
6.2.2 混合儲能繫統充放電控制策略 200
6.2.3 混合儲能協調控制算法 202
6.2.4 波浪發電混合儲能繫統仿真研究 203
6.3 波浪發電繫統的比例諧振控制 208
6.3.1 比例諧振控制原理 209
6.3.2 比例諧振控制仿真 210
6.4 無功補償對波浪發電繫統穩定性的影響 213
6.4.1 TCSC對波浪發電繫統的潮流控制作用 213
6.4.2 TCSC對波浪發電繫統的暫態穩定影響 216
參考文獻 217
第7章 多自由度波浪發電繫統 221
7.1 概述 221
7.1.1 多自由度波浪發電簡介 221
7.1.2 多自由度波浪發電的研究現狀 223
7.1.3 多自由度波浪發電的難點與機遇 224
7.2 多自由度波能轉換裝置 225
7.2.1 液壓式多自由度波能轉換裝置 225
7.2.2 壓電式多自由度波能轉換裝置 227
7.3 多自由度波浪發電繫統建模 228
7.3.1 坐標繫的選擇 228
7.3.2 浮子的受力分析 230
7.3.3 垂蕩自由度波浪發電裝置的數學模型及受力分析 235
7.3.4 垂蕩自由度波浪發電裝置的等效電路 239
7.3.5 兩自由度波浪發電裝置的數學模型及受力分析 241
7.3.6 兩自由度波浪發電裝置等效電路 243
7.3.7 多自由度波浪發電裝置的解耦分析 245
7.4 兩自由度點吸收式波浪發電裝置的穩定性分析 246
7.4.1 垂蕩自由度波浪發電裝置的穩定性分析 246
7.4.2 橫蕩自由度波浪發電裝置的穩定性分析 251
7.5 兩自由度波浪發電繫統的模擬與分析 253
7.5.1 垂蕩自由度波能轉換裝置仿真分析 253
7.5.2 共振條件下波能轉換裝置輸出功率影響因素分析 255
7.5.3 兩自由度波浪發電裝置仿真分析 259
參考文獻 260
第8章 陣列式波浪發電繫統優化與控制 263
8.1 陣列式波浪發電繫統 263
8.2 陣列式波浪發電繫統數學模型 265
8.2.1 陣列式波浪發電繫統的水動力模型 265
8.2.2 近場入射波速度勢 267
8.2.3 散射波速度勢 268
8.2.4 輻射波速度勢 270
8.2.5 散射方程 270
8.2.6 運動方程 271
8.2.7 相互作用繫數 272
8.3 垂蕩自由度波浪發電繫統的陣列優化 273
8.3.1 標準差分進化算法概述 273
8.3.2 差分進化算法的改進 274
8.3.3 陣列初始條件選擇 276
8.3.4 算法改進後的性能比較 279
8.3.5 陣列式波能轉換裝置優化分析 281
8.3.6 WEC陣列分布規律比較 283
8.4 垂蕩-橫蕩兩自由度波浪發電繫統的陣列優化 284
8.4.1 垂蕩-橫蕩兩自由度波浪發電繫統陣列模型 284
8.4.2 兩自由度WEC陣列優化與單自由度WEC陣列優化的對比 285
8.4.3 橫蕩運動對陣列式波浪發電繫統的影響 286
8.4.4 陣列規模對兩自由度陣列式波浪發電繫統的影響 290
參考文獻 291
第9章 波浪發電繫統的應用與前景 293
9.1 波浪發電的典型應用 293
9.1.1 Oyster波浪發電裝置 293
9.1.2 Pelamis波浪發電裝置 294
9.1.3 Power Buoy波浪發電裝置 295
9.1.4 鷹式波浪發電裝置 296
9.2 波浪發電的現存問題 298
9.2.成本問題 298
9.2.效率問題 299
9.2.材料問題 299
9.2.可靠性問題 300
9.2.環境問題 301
9.2.其他問題 301
9.3 波浪發電的發展趨勢 302
參考文獻 305
本書主要涵蓋波能轉換裝置及波浪發電繫統的結構原理、模型分析，以及相關控制繫統的設計與應用等，並對波浪發電繫統的優選波能捕獲、多自由度波能轉換裝置設計、波浪發電機設計和陣列式波浪發電繫統優化控制等關鍵技術進行了詳細論述。全書力求貫徹理論與實際相結合的原則，既闡明基本概念和基本原理，也給出典型波浪發電繫統設計與控制的具體過程，同時反映波浪發電繫統設計與控制的新技術、新成果和實際應用的新動態，目的在於給廣大波浪發電繫統研究者提供一部技術較為全面、內容新穎的著作，並積極推進我國海上新能源的開發與利用。 本書可供從事波浪發電繫統設計與控制的相關人員參考，也可作為高等院校電氣工程與海洋科學等專業本科生、研究生的參考教材。
