振荡浮子式波浪能发电系统捕能功率预测与多目标优化
发布时间：2023-08-26 04:24
世界范围内能源危机、生态环境恶化以及气候变暖等问题日益严峻,各国家和地区在发展可再生能源问题上达成普遍共识,覆盖地球表面积71%的海洋中蕴含着丰富的可再生能源,是解决上述问题的重要途径。近年来,波浪能转换装置的研究发展迅速,振荡浮子式波浪能发电装置的技术相对成熟,但在产业化应用过程中,同时面临提高效率、降低制造成本等问题。本论文结合我国可再生能源发展战略以及中国近海的典型海况,以振荡浮子式波浪能发电装置为基础,研究了各设计参数对浮子捕能功率、捕能效率的影响规律,建立了功率输出预测模型,结合浮子制造成本,建立了多目标优化目标函数,以共振频域为约束,给出了中国近海典型海域不同功率等级的设计参考。本论文首先阐述研究背景与意义,介绍波浪能发电装置主要分类,对国内外提高捕能功率的主要途径进行了归纳,对比研究现状,阐述振荡浮子式波浪能发电装置的工作原理,结合研究现状并提出本论文的研究内容。然后,介绍势流理论的理论基础。通过给出控制方程及边界条件,得到规则波激励下速度势与水动力系数的求解结果,以此为基础建立浮子垂荡运动的动力学与运动学模型,得到捕能功率频域模型。基于P-M谱建立中国近海6个典型海域模...
【文章页数】：117 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
变量表
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 振荡浮子式波浪能发电装置
1.3 捕能效率提升策略国内外研究现状
1.3.1 多自由度捕能机构
1.3.2 外形尺寸优化
1.3.3 PTO系统优化
1.3.4 WEC多目标优化
1.4 研究内容
第2章 理论基础
2.1 势流理论
2.1.1 控制方程
2.1.2 边界条件
2.2 速度势与水动力系数的求解
2.3 基于势流理论的浮子捕能数学模型
2.3.1 浮子垂荡动力学模型
2.3.2 浮子垂荡运动学模型
2.3.3 浮子最大捕能功率频域模型
2.4 不规则波激励浮子运动数学模型
2.4.1 不规则波波谱描述方法
2.4.2 不规则波激励下捕能性能评价指标
2.4.3 基于P-M谱的中国近海海域模型建立
2.5 本章小结
第3章 基于势流理论的浮子捕能特性研究
3.1 AQWA仿真工作原理
3.2 基于势流理论的浮子几何形状研究
3.2.1 仿真计算结果有效性验证
3.2.2 浮子不同几何外形对捕能功率影响频域分析
3.2.3 中国近海海域锥型浮子捕能功率时域分析
3.3 基于势流理论的PTO阻尼研究
3.3.1 PTO阻尼对捕能功率影响频域分析
3.3.2 PTO阻尼对捕能功率影响时域分析
3.4 基于势流理论的浮子尺寸参数研究
3.4.1 吃水深度对捕能影响频域分析
3.4.2 浮子半径对捕能特性影响频域分析
3.5 本章小结
第4章 基于神经网络训练的功率预测模型
4.1 代理模型技术
4.1.1 响应曲面法
4.1.2 克里金法
4.1.3 人工神经网络法
4.2 样本库的构建
4.2.1 设计变量的选取
4.2.2 采样方法及采样数目
4.2.3 样本库的建立
4.3 基于人工神经网络的捕能功率模型的建立
4.3.1 基于LM算法的神经网络原理
4.3.2 功率预测模型的训练
4.3.3 捕能功率预测模型精度评价
4.4 本章小结
第5章 基于NSGA-Ⅱ算法的浮子捕能多目标优化
5.1 多目标优化算法介绍
5.2 多目标优化模型的建立
5.2.1 变量范围
5.2.2 目标函数
5.3 多目标优化结果及分析
5.3.1 捕能功率-浮子排水量优化结果
5.3.2 捕能功率-浮子表面积优化结果
5.3.3 捕能功率-浮子排水量-浮子表面积优化结果
5.3.4 考虑共振频率的排水量-捕能功率优化结果
5.3.5 不同海域捕能功率优化解的验证
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢
参考文献
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3843947
【文章页数】：117 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
变量表
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 振荡浮子式波浪能发电装置
1.3 捕能效率提升策略国内外研究现状
1.3.1 多自由度捕能机构
1.3.2 外形尺寸优化
1.3.3 PTO系统优化
1.3.4 WEC多目标优化
1.4 研究内容
第2章 理论基础
2.1 势流理论
2.1.1 控制方程
2.1.2 边界条件
2.2 速度势与水动力系数的求解
2.3 基于势流理论的浮子捕能数学模型
2.3.1 浮子垂荡动力学模型
2.3.2 浮子垂荡运动学模型
2.3.3 浮子最大捕能功率频域模型
2.4 不规则波激励浮子运动数学模型
2.4.1 不规则波波谱描述方法
2.4.2 不规则波激励下捕能性能评价指标
2.4.3 基于P-M谱的中国近海海域模型建立
2.5 本章小结
第3章 基于势流理论的浮子捕能特性研究
3.1 AQWA仿真工作原理
3.2 基于势流理论的浮子几何形状研究
3.2.1 仿真计算结果有效性验证
3.2.2 浮子不同几何外形对捕能功率影响频域分析
3.2.3 中国近海海域锥型浮子捕能功率时域分析
3.3 基于势流理论的PTO阻尼研究
3.3.1 PTO阻尼对捕能功率影响频域分析
3.3.2 PTO阻尼对捕能功率影响时域分析
3.4 基于势流理论的浮子尺寸参数研究
3.4.1 吃水深度对捕能影响频域分析
3.4.2 浮子半径对捕能特性影响频域分析
3.5 本章小结
第4章 基于神经网络训练的功率预测模型
4.1 代理模型技术
4.1.1 响应曲面法
4.1.2 克里金法
4.1.3 人工神经网络法
4.2 样本库的构建
4.2.1 设计变量的选取
4.2.2 采样方法及采样数目
4.2.3 样本库的建立
4.3 基于人工神经网络的捕能功率模型的建立
4.3.1 基于LM算法的神经网络原理
4.3.2 功率预测模型的训练
4.3.3 捕能功率预测模型精度评价
4.4 本章小结
第5章 基于NSGA-Ⅱ算法的浮子捕能多目标优化
5.1 多目标优化算法介绍
5.2 多目标优化模型的建立
5.2.1 变量范围
5.2.2 目标函数
5.3 多目标优化结果及分析
5.3.1 捕能功率-浮子排水量优化结果
5.3.2 捕能功率-浮子表面积优化结果
5.3.3 捕能功率-浮子排水量-浮子表面积优化结果
5.3.4 考虑共振频率的排水量-捕能功率优化结果
5.3.5 不同海域捕能功率优化解的验证
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢
参考文献
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3843947
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