波浪能发电装置的电力变换和测控系统
Advances in Energy and Power Engineering 电力与能源进展, 2014, 2, 14-24
Published Online April 2014 in Hans. https://www.360docs.net/doc/2513737526.html,/journal/aepe
https://www.360docs.net/doc/2513737526.html,/10.12677/aepe.2014.22003
Power Conversion and Controlling System of the Wave Energy Generation Device
Guangxin Gong, Jiaming Zhang, Shuting Huang
College of Engineering, Ocean University of China, Qingdao
Email: gongguangxin1126@https://www.360docs.net/doc/2513737526.html,
Received: Mar. 19th, 2014; revised: Apr. 9th, 2014; accepted: Apr. 21st, 2014
Copyright ? 2014 by authors and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).
https://www.360docs.net/doc/2513737526.html,/licenses/by/4.0/
Abstract
With the depletion of traditional energy sources, the development of new energy has become the current trend. In the scale of marine renewable energy, wave energy is favored and has been ex-ploited by a wide range of energy generation equipments on a roughly same basis of generation aspects. Based on a new hydraulic wave energy device which is a combination of oscillation floats, this paper aims to explore its power conversion and controlling system, to describe its efficiency of solving several important technical problems briefly, and to make a contribution to the integra-tion and scalization of wave energy generation facilities.
Keywords
Wave Energy, The Combination of Oscillating Floats, Power Conversion, Controlling System
波浪能发电装置的电力变换
和测控系统
宫广新，张家明，黄淑亭
中国海洋大学工程学院，青岛
Email: gongguangxin1126@https://www.360docs.net/doc/2513737526.html,
收稿日期：2014年3月19日；修回日期：2014年4月9日；录用日期：2014年4月21日
摘要
随着传统能源的枯竭，新能源的开发成为时代的潮流，海洋可再生能源中的波浪能备受青睐，波浪能发电装置也是各式各样，但发电的基本环节大致相同，本文在一种液压式新型波浪能发电装置——组合型振荡浮子波浪发电装置基础上，探讨其电力转换和测控系统，简要阐述了该系统解决的几个重要的技术难题，为波浪能发电装置走向集成化、规模化探索道路。
关键词
波浪能，组合型振荡浮子，电力变换，测控系统
1. 引言
随着地球上传统能源的告急，可再生能源在世界舞台上的角色越来越重要，而占地球总面积71%[1]的海洋蕴藏着极大的能量的事实正在被世人逐步地发现。波浪能是海洋能中所占比重较大的可再生能源，海水的波动蕴藏着极其丰富的能量，主要是机械能。据估计，世界海洋中的波浪能理论储量可达30亿千瓦[2]。我国近海的波浪能资源也相当丰富，但总体特征是周期较短、波高较小、能流密度较低[3]，波浪能开发技术亟待突破，才能实现规模化、商业化。
虽然波浪能开发技术复杂、成本高、投资回收期长，但是近100年[4]来，世界各国还是投入了很大的力量进行探索和研究。除实验室研究外，英国、挪威、印度、日本、美国、葡萄牙等国家相继开发波浪能发电装置，研究各种各样的波浪能发电高新技术[5]。大规模的波浪能发电在成本方面还难与常规能源发电竞争，但特殊用途的小规模发电，已经在航标灯、独立灯塔、灯桩等装置上获得推广应用。在独立海岛供电方面，小型波浪发电装置发电已经可以与柴油机发电机组发电竞争[6]。
波浪能作为一种优点较多的可再生能源，也有其缺点，即随机性强不稳定。利用波浪能发出的电能到给用户使用中间的技术环节十分重要，那么电力变换和测控系统就是波浪能与用户之间的桥梁，是海洋能开发利用必不可少的环节。波浪能发电装置就是将波浪蕴藏的丰富的机械能通过中间转换过程来产出电能，按照能量转换中间环节分为机械式、气动式、液压式、直驱式四大类[6]，本文以液压式组合型振荡浮子为例介绍电力变换和测控系统的优越性。
2. 波浪能发电装置
液压式波能发电装置将波浪能转换为电能通常要经过三级转换，第一级转换是波浪的机械能被捕能装置“捕获”后变为捕能装置的机械能，第二级转换是捕能装置的机械能转换为中间转换系统的液压能，液压能再转换为液压马达的机械能，第三级转换是液压马达驱动发电机产生电能[7]。目前波浪能发电装置的主要工作原理基本相同，不同的只是转换效率的问题。
组合型振荡浮子波能发电装置(单个浮子示意图如图1所示)是一种新型波浪能发电装置，主要构件有潜浮体、四个浮子、液压系统、发电系统、控制液压缸位置的四台异步电机等，其工作原理如下：四组浮子在波浪作用下，沿装置支撑系统的立柱做上下运动，浮子捕获波浪能转化为自身的动能，此时完成能量的一级转换；浮子带动安装在其上方的液压缸活塞运动，推动油缸内液压油，将机械能转化为液压能，再经过液压系统内转化、平衡、稳压后驱动液压马达，将液压能转化为机械能，此时形成能量的二级转换；最后液压马达驱动发电机发电，机械能转化为电能，完成能量的三级转换。该装置的能量转换
Figure 1.Description of one float in the
wave energy generation device with combi-
nation of oscillation floats
图1.组合型振荡浮子波能发电装置(一个
浮子)示意图
效率较振荡水柱装置有显著的提高，是一种非常有发展前景的波浪发电装置[8]。
电力变换和测控系统是该装置的核心，决定了装置的转换效率，同时也决定了装置是否能够安全稳定运行，本文将重点介绍配备在该装置上的电力转换和测控系统。
3. 电力变换和测控系统
目前，国内外海洋能研究机构研究重点大多在捕能装置和能量转换装置上，较多地研究如何提高能量转换效率，较少地涉及装置的自动控制等环节，因此，许多研究结果均是在较为理想的数值模拟条件或实验室条件下得到的，并非都是实际海试的结果。本文所介绍的电力转换和测控系统正是基于实际海况条件下研究出来的，是保证装置在实际海况下安全运行的关键。
3.1. 电力变换系统拓扑结构总体设计
电力变换系统拓扑结构图如图2所示。
在该电力变换系统中，额定输出功率为15 kW的三相同步永磁发电机在实际运行时输出的三相交流电，首先接入WWS-150-360-N01蓄电池充电控制器进行整流、滤波、稳压等环节，然后将控制器输出的直流母线电压加在360 V蓄电池组两端对蓄电池进行充电。与此同时，将直流母线电压接入WI100-360- CM01离网正弦逆变器，逆变器会将直流母线电压逆变成三相380 V交流电以供给单相和三相交流负载使用。
为保证整个电力变换系统的可靠、安全运行，在WWS-150-360-N01型控制器的三相进线处安装了40 kA的浪涌保护器(也称避雷器)以消除接雷电对系统的影响，也可对其他瞬时过压的电涌进行抑制。除此之外，整个系统还在多处加装了直流、交流断路器，便于整体施工和系统的分级调试。
WWS-150-360-N01型控制器适合于高温、低温等相对恶劣的工作环境并具有可靠的性能和使用寿命，能实时控制发电机对蓄电池进行安全高效地智能充电。当蓄电池的电压大于设定的浮充电压点时，控制器采用PWM限压充电模式，控制器将多余电能分为上千个阶段进行卸载，通过卸荷电阻一边对蓄电池
Figure 2. The topology diagram of power conversion system
图2.电力变换系统拓扑结构图
充电一边把多余的能量卸除，有效地延长了蓄电池的使用寿命；控制器具备完善的保护功能：蓄电池过充、过放、防反接保护；防雷保护等。数据存储模块可通过SD卡存储系统运行的历史数据。
WI100-360-CM01离网正弦逆变器具有交流自动稳压输出功能，整机效率高，空载损耗低，相对于方波或修正正弦波(阶梯波)具有更强的带负载能力。逆变器同样具备完善的保护功能：蓄电池过压、过放电、防反接保护；输出过载、短路、过热保护；防雷保护等。该电力变换系统中，逆变器输出的单相220 V交流电用于供给5 V/50 W、12 V/100 W和24 V/100 W三种规格的直流稳压电源以及可编程控制器(以下简称PLC)；逆变器输出的三相380 V交流电用于供给4台额定功率为1.5 kW的三相交流异步电动机，用于4台螺旋升降器的电力拖动。考虑到电动机启动瞬间的过大启动电流会对逆变器产生较大的冲击，故4台交流电动机均由变频器来驱动，这样可以通过设置变频器的相关参数来限制启动电流，达到“软启动”的效果。同时可以利用变频器来控制电机的启停方式、正反转、加/减速时间等。
3.2. 系统运行本地测控系统总体设计
测控系统的总体要求是在系统运行时对整个电力变换系统的各项电参数，包括发电机输入线电压、发电机输入线电流、发电机输入功率、蓄电池充电电压、蓄电池充电电流、蓄电池荷电状态、卸荷电阻箱电压、卸荷电流、直流母线电压、直流母线电流、逆变器输出线电压、逆变器输出线电流、逆变器输出功率、逆变器输出单相电压、逆变器输出单相电流等，以及运行环境的温湿度进行实时采集、实时存储、实时显示，进而对系统当前状态进行评估，确定下一步的控制工作。
按照测控系统的总体要求，系统中安装多路交流、直流电压/电流变送器，以便将实际的工程参数转换成4~20 mA标准直流信号。图3为电力变换系统电气原理图，图中标出了13路电压/电流变送器的安装位置。对于环境温度，采用引线式三线制Pt100温度传感器进行检测，而对环境的湿度则采用MKASL-3湿度变送器进行检测。
表1列出了电力变换系统中用到的所有类型的传感器和变送器的型号、量程、被测参数等信息。
交流、直流电压/电流变送器、Pt100温度传感器和湿度变送器的输出模拟信号(共16路)接入RX4116A 宽屏蓝色无纸记录仪，记录仪的采样周期为2秒。采集的数据存储在记录仪内部的NAND Flash存储器中，并能以曲线、工程量和百分量等多种形式进行实时显示或历史查询。RX4116A记录仪支持U盘作为外部存储介质，可将保存在NAND Flash存储器中的历史数据或组态配置通过U盘进行转存。
转存在U盘中的历史数据可以通过上位机数据管理软件读出。数据的显示形式有历史数据曲线和历史数据表两种。图4~图11分别为历史数据曲线的显示界面，数据来源为实际进行电力变换系统连续四天
Figure 3. The electricity schematic diagram of power conversion system
图3.电力变换系统电气原理图
Table 1.The relevant information of sensor and transmitter
表1.传感器、变送器相关信息
标号型号被测参数量程单位
V1 CHY-1000VT/A1 发电机输出线电压0~1000 V(AC)
V2 CHZ-600VD/A1 蓄电池电压0~600 V(DC)
V3 CHZ-400VD/A1 卸荷电阻电压0~400 V(DC)
V4 CHY-300VS/A1 逆变器输出单相电压0~300 V(AC)
V5 CHY-500VS/A1 逆变器输出BC线电压0~500 V(AC)
V6 CHY-500VS/A1 逆变器输出AB线电压0~500 V(AC)
I1 CHY-30AS/A1 发电机输出线电流0~30 A(AC)
I2 CHZ-50G/A1 直流母线电流0~50 A(DC)
I3 CHZ-50G/A1 蓄电池充电电流0~50 A(DC)
I4 CHZ-50G/A1 卸荷电阻电流0~50 A(DC)
I5 CHY-20AS/A1 逆变器输出线电流1 0~20 A(AC)
I6 CHY-20AS/A1 逆变器输出线电流2 0~20 A(AC)
I7 CHY-20AS/A1 逆变器输出线电流3 0~20 A(AC)
T1 Pt100 环境温度1 ?50~200 ℃
T2 Pt100 环境温度2 ?50~200 ℃
H1 MKASL-3 环境湿度0~100 %
测试实时数据。
3.3. 小结
该波浪能发电装置的电力变换部分主要包括整流、滤波、稳压、蓄电池程控充电、逆变等功能，对电能转换和利用环节进行了深入的分析和计算，保证了发电电能的高效储存和负载的电能消耗。测控部分主要包括系统关键节点变送器的数据采集、显示和存储，PLC的逻辑控制，使得系统协调性、稳定性更高。工作原理是：四个振荡浮子随着波浪上下运动，将波浪能转换为液压能驱动液压马达继而驱动发
Figure 4. The line voltage of the generator on January 10, 2014
图4. 2014.01.10发电机线电压
Figure 5. The voltage of the accumulator on January 10, 2014 图5. 2014.01.10蓄电池电压
Figure 6. The line voltage of the generator on January 11, 2014 图6. 2014.01.11发电机线电压
Figure 7. The voltage of the accumulator on January 11, 2014 图7. 2014.01.11蓄电池电压
501001502002014-01-10 2014-01-10 2014-01-10 2014-01-10 2014-01-10 2014-01-10 2014-01-10 2014-01-10 2014-01-10 2014-01-10 2014-01-10 2014-01-10 2014-01-10 2014-01-10 2014-01-10 2014-01-10 2014-01-10 2014-01-10 2014-
1-
10
Figure 8. The line voltage of the generator on January 12, 2014 图8. 2014.01.12发电机线电压
Figure 9. The voltage of the accumulator on January 12, 2014 图9. 2014.01.12蓄电池电压
Figure 10. The line voltage of the generator on January 13, 2014 图10. 2014.01.13发电机线电压
Figure 11. The voltage of the accumulator on January 13, 2014 图11. 2014.01.13蓄电池电压
501001502002502014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12
320
3253303353403453503552014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12 2014-01-12
501001502002014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13
310
3153203253303353402014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13 2014-01-13
电机，产生不稳定的三相电能。产生的不稳定的三相电能通过整流、滤波和稳压等环节后可以给蓄电池充电从而储存电量，也可将蓄电池中的电量经逆变电路得到稳定的三相电能供给系统负载工作。本文第四部分将重点介绍该电力变换和测控系统解决的该波浪能装置的技术难题。
4. 电力变换和测控系统解决的技术难题
振荡的浮子随波浪上下运动，浮子直接连接液压缸转化为液压能，而波浪是随机的不稳定的，浮子上下运动的振幅就不稳定，液压缸的行程是有限的，如果液压缸固定的位置与静水条件下浮子的距离不合适则可能导致顶缸或脱缸现象的出现，威胁到装置的安全。
为解决上述技术难题，在液压缸上安装验潮井，验潮井内安装连杆浮球液位开关(图12)。验潮井利用的连通器原理，验潮井内的液位只会随着潮位的变化而变化，瞬时的波浪不会影响验潮井内的液位。具体工作流程如下：
波浪能发电装置共安装验潮井两个，分别命名为A、B，验潮井固定于液压缸三角腿支架上，与液压缸缸体同步运动。
每个验潮井内部，安装一个连杆浮球液位开关，液位开关共设置浮球3个，从上至下编号为①、②、③。密闭的连杆内部设置3个磁簧开关，浮球内部装有环形磁铁，固定环控制浮球与磁簧开关在相关位置上，使浮球在一定范围内上下浮动。浮球内的磁铁吸引磁簧开关的接点，可产生开与关的动作。我们规定浮球在自重作用下接触下固定环的状态为常开(NO)，浮球在浮力作用下脱离下固定环浮起后的状态为常闭(NC)。
将安装在验潮井A中的液位开关简称为液位开关1号，将安装在验潮井B中的液位开关简称为液位开关2号。
发电装置工作伊始，调整验潮井A、B高度，使其中的浮球②③受浮力作用浮于水中，①因重力接触下固定环，此时3个浮球状态依次为NO、NC、NC(见图13)。在PLC的控制逻辑中，默认首先使用液位开关1号给出的开关信号而屏蔽液位开关2号的开关信号。
涨潮，验潮井内水位上升，至上升一定距离L时，①浮起脱离下固定环，①状态首次由NO转为NC 时，触发螺旋升降器带动液压缸缸体和验潮井向上移动，见图14。
直至验潮井上升至浮球②重新露出水面，②状态首次由NC转为NO时，触发螺旋升降器停止运动，见图15。
落潮，验潮井内水位下降，至下降L时，③逐渐露出水面，③状态首次由NC转为NO时，触发螺旋升降器带动液压缸缸体和验潮井向下移动，见图16。
Figure 12.Description of level switch
图12.液位开关示意图
Figure 13.Initial station of level switch
图13.液位开关初始状态
Figure 14.The growth of tide L triggers the rise of the spiral lifter
图14.潮位上涨L，触发螺旋升降器上升
Figure 15. The spiral lifter stops rising
图15. 触发螺旋升降器停止上升状态
Figure 16. The decline of tide L triggers the fall of the spiral lifter
图16.潮位下降L，触发螺旋升降器下降
直至验潮井下降至浮球②重新浮于水面上，②状态首次由NO转为NC时，触发螺旋升降器停止运动，见图17。
不考虑验潮井内水位波动及装置整体晃动的情况，当液位开关有如图18的信号输出时，便认为水位达到了调整状态。
由于液位开关两浮球之间的行程为L，即每当潮水上升(或下降)L(第一次上升除外)时触发磁簧开关，使得螺旋升降器上升或下降。由于螺旋升降器上升(或下降)的速度为v，故螺旋升降器抬升(或降低)整个装置L需要时间t，为排除故障信号对PLC的影响，需做出超时检验，即PLC控制螺旋升降器上升(或下降)开始后约2 t时间内仍没有检测到使得PLC停止控制螺旋升降器上升(或下降)的信号，自动停止螺旋升降器，同时在PLC程序中将标志液位开关1号的标志位清零，将标志液位开关2号的标志位置1，这样做的效果就是把已经出现故障的液位开关1号的错误开关信号屏蔽掉，然后只是用液位开关2号的开关信号。
另外，异步电机启动时负载电流较大，为避免逆变器负载过大，程序设计使异步电机逐个启动，图19是某时段异步电机启动过程中逆变器输入电流数据。每个提升大约170秒。可看出每个升降器提升时电流保持在10 A左右。
经过周密的设计，潮位的变化使得液位开关的三个浮球逻辑改变，通过浮球与上下固定环的“离与合”控制电路的“通与断”，PLC以此来判断输出提升或下降信号来驱动异步电机的运转，提升或下降液压缸，从而保持液压缸和浮子的一定的相对位置，避免了顶缸和脱缸现象的出现，保证了装置的稳定性。
Figure 17. The spiral lifter stops falling
图17.触发螺旋升降器停止下降状态
Figure 18. The triggering signal
图18.触发信号示意
Figure 19. The input current of the inverter
图19. 逆变器输入电流
5. 结论
组合型振荡浮子发电装置是在振荡浮子发电装置基础上的创新，其转换效率相对提高，系统的可靠性因其巧妙设计的自动控制系统而大大提高，较为符合我国未来破浪能发电装置的发展趋势。其电力变换和测控系统的设计较为符合我国波能资源特征，同时使发电系统与自动控制系统“无缝衔接”，尤其是潮差自动控制系统，保证了整个装置的安全运行。装置发出的电能不仅可以为蓄电池充电，还可以经过逆变供系统负载工作，保证了系统在实际海况下稳定运行。该电力变换和测控系统在一定程度上加快了波浪能发电装置的集成化、规模化进程，向降低波浪能发电成本迈近了一步。
致 谢
感谢在本文撰写过程中给予无私帮助的史宏达老师、刘臻老师、黎明老师及崔莹同学，尤其是赵环宇师兄前期总结的一些资料对本文的帮助尤为重要，感谢本文所有引用资料的所有者，同时感谢国家国际科技交流与合作专项和青岛市战略性新兴产业培育计划项目的支持。
基金项目
本文受到以下两个项目的支持：国家国际科技交流与合作专项(2010DFB64030)；青岛市战略性新兴产业培育计划项目(13-4-1-38-hy)。
参考文献 (References)
[1] 游亚戈, 李伟, 刘伟民, 李晓英, 吴峰 (2010) 海洋能发电技术的发展现状与前景. 电力系统自动化, 14, 1-12. [2] 薛坤 (2012) 组合型振荡浮子波能发电装置物理模型实验研究. 硕士论文, 中国海洋大学, 青岛. [3] 高辉 (2012) 振荡浮子式波浪发电装置最佳功率控制. 硕士论文, 华南理工大学, 广州. [4] 王忠, 王传崑 (2006) 我国海洋能开发利用情况分析. 海洋环境科学, 4, 78-80.
[5] 张丽珍, 羊晓晟, 王世明, 梁拥成 (2011) 海洋波浪能发电装置的研究现状与发展前景. 湖北农业科学, 1,
161-164. [6] 聂宏展, 张明, 申洪, 张宏宇 (2013) 波浪能发电及其对电力系统的影响. 华东电力, 1, 190-195. [7] 孙龙龙 (2012) 基于装置研发的波浪能评估方法研究. 硕士论文, 中国海洋大学, 青岛. [8] 高人杰 (2012) 组合型振荡浮子波能发电装置研究. 硕士论文, 中国海洋大学, 青岛
.
246810122014-01-11 2014-01-11 2014-01-11 2014-01-11 2014-01-11 2014-01-11 2014-01-11 2014-01-11 2014-01-11 2014-01-11 2014-01-11 2014-01-11
波浪发电的结构,机理
波浪发电装置的基本原理 1、波浪理论及波浪能 1.1波浪理论 在海洋工程中，海浪是作用在海洋工程结构上的最主要的外力之一，对于海浪作用的研究，目前一般是从两个领域进行研究：一个领域是对液体的波动从流体力学的角度加以研究，研究液体内部各质点的运动状态，这种研究一般包括线性波浪理论和非线性波浪理论两大类;另一个领域是将海面波动看作是一个随机过程，研究其随机性，从而揭示海浪内部波动能量的分布特性，从统计意义上对液体内部各质点的运动状态进行描述，研究其对工程结构的作用，当然这后一个领域的研究，也需要应用流体力学理论对处于理想状态下的液体内部各质点的运动规律进行描述。通过对天然海面的观测可知，海面上各点的水面变化呈现随时间和地点而变的一个随机过程，对于一个固定点的水面波动来说，它是由许多从不同方向以不同波速传播而来的并且波长和振幅经常在变的波浪互相组合彼此影响而形成的，它是一个非常复杂的过程。目前尚无一种数学理论能精确的描述水波的性能，各种波浪理论只是在一定程度上对实际现象的简单近似，在实际工程中多应用线性波浪理论作为其理论基础。 线性波浪理论在一般工程实践中通常采用微幅波理论(Airy 波理论） 1.2波浪能简介 波浪中的波动是海水的重要运动形式之一。从海面到海洋内部处处都可能出现波动。波动的基本特点是，在外力的作用下，水质点离开其平衡位置作周期性或准周期的运动。由于流体的连续性，必然带动其邻近质点，导致其运动状态空间的传播，因此运动随时间与空间的周期性变化为波动的主要特征。实际海洋中的波动是一种复杂的现象，严格说，他们都不是真正的周期性变化。但是，作为最低近似可以把实际的海洋波动看作是简谐波动(正弦波)或简谐波动的叠加。一个简谐波动的剖面可用一条正弦曲线加以描述。如图1.1所示，曲线的最高点称波峰，曲线的最低点称为波谷，相邻两波峰(或波谷)之间的水平距离称为波长(λ)，相邻两波峰(或者波谷)通过某固定点所经历的时间称为周期(T)。显然，波形传播的速度T C λ=。从波峰到波谷之间的垂直距离成为波高(H)，波高的一半?=H/2称为振幅，是指水质点离开其平衡位置的向上(或向下)的最大垂直位移。波高与波长之比称为波陡，以)(λδH =表示。在直角坐标系中取海面为x 一y 平面，设波动沿x 方向传播，波峰在y 方向将形成一条线，该线称为波峰线，与波峰垂直指向波浪传播方向的线称为波向线。
堤防工程设计规范(考题及答案)
《堤防设计规范》题目 1．1级堤防在不允许越浪的情况下，安全加高值是（）。 2．松软土基上上防洪墙基地应力的最大值与最小值之比，基本组合不应大于（），特殊组合必应大于（）。 3．当软黏土堤基采用铺垫透水材料加速排水固结时，其透水材料可使用（）、（）（），也可结合使用。在防渗体部位应避免造成渗流通道。 4．对于深层的可液化土层，可采用振冲、强夯、（）、（）加强堤基排水等方法处理。 5．表层透水堤基处理可采用截水槽、（）、（）及灌浆截渗等方法处理。 6．防渗墙深度应满足渗透稳定要求。半封闭式和封闭式防渗墙深入相对不透水层的深度不应小于（），当相对不透水层为基岩时，防渗墙深入相对不透水层的深度不应小于（）。 7．土堤堤身设计应包括堤身断面布置、填筑标准、堤顶高程、堤顶结构、堤坡与戗台、（）、（）。 8．防洪墙设计应包括墙身结构形式、基础轮廓尺寸、（）、（）等。 9．黏性土土堤的填筑标准应按压实度确定。1级地方不应小于（）。 10．堤顶超高公式为Y=R+e+A，公式中的R表示（）、e表示（）。 11．土堤应预留沉降量。沉降量可根据地基地质、堤身土质及填筑密度等因素分析确定，宜取堤高的（）。 12．堤顶宽度应根据防汛、施工、管理、构造及其他要求确定。堤顶宽度，1级堤防不宜小于（）；2级堤防不宜小于（）。 13．防浪墙可采用浆砌石、（）等结构形式。防浪墙净高不宜超过（），埋置深
度应满足稳定和抗冻要求。 14．堤高超过6.0m时，背水侧宜设置戗台，戗台的宽度不宜小于（）m。15．浆砌石、混凝土等护坡应设置排水孔，孔径可为（），孔距可为（），宜采用梅花形布置。 16．高于6m的土堤受雨水冲刷严重时，宜在堤顶、堤坡、堤脚以及堤坡与山坡或其他建筑物结合部设置（）。 17．平行堤轴线的排水沟可设在戗台内侧或近堤脚处。坡面竖向排水沟可每隔（）设置一条，并应与平行堤轴向的排水沟连通。 18．堤身防渗宜采用均质土堤形式，也可采用心墙、斜墙等型式。防渗材料可采用（）、（）沥青混凝土、（）等材料。堤身排水可采用深入背水坡脚或贴坡滤层。滤层材料可采用砂、砾料或土工织物等材料。 19．防渗体的顶部应高出设计水位（）。 20．防洪墙应设置变形缝，钢筋混凝土墙缝距宜为（），混凝土及浆砌石墙宜为10~15m。 21．渗透稳定应进行以下判断和计算：1土的渗透变形类型；2堤身和堤基土体的（）；3堤防背水侧渗流出逸段的渗透稳定。 22．墙式护岸墙基可采用地下连续墙、（）或（），结构可采用（）或（），其断面结构尺寸应根据结构应力分析计算确定。 23．背水侧堤坡及地基表面逸出段的渗流比降应（）允许比降；当出逸比降大于允许比降，应采取（）、（）等保护措施。 24．土堤抗滑稳定计算可采用（）或简化毕肖普法。当堤基存在较薄软弱土层时，宜采用改良圆弧法。
多向联轴式波浪能发电装置的设计与研究
２０１８年第７期２０１８Ｎｕｍｂｅｒ７ 水电与新能源 ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲＡＮＤＮＥＷＥＮＥＲＧＹ第３２卷Ｖｏｌ.３２ ＤＯＩ:１０.１３６２２/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ４２－１８００/ｔｖ.１６７１－３３５４.２０１８.０７.０１７ 收稿日期:２０１８－０５－２８ 作者简介:屈书恒?男?本科生?专业研究方向:水利水电工程?多向联轴式波浪能发电装置的设计与研究 屈书恒?黄佳晟?李家誉?徐一欢?周子嫣 (武汉大学水利水电学院?湖北武汉一４３００７２) 摘要:波浪能是一种开发前景巨大的清洁能源?其发电装置已成为研究热点?在探索的基础上提出了一种多向联轴式 的波浪能发电装置?它包括俘能系统二机械转化系统和发电系统三大部分?结合海浪理论和计算原理?预估该装置的整机理论效率可达３８.０％?是一种高效率的发电装置? 关键词:波浪能?发电装置?效率?前景 中图分类号:ＴＭ６１一一一文献标志码:Ａ一一一文章编号:１６７１－３３５４(２０１８)０７－００７６－０３ ＤｅｓｉｇｎｏｆａＭｕｌｔｉ￣ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＣｏｕｐｌｉｎｇＷａｖｅＰｏｗｅｒＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＵｎｉｔ ＱＵＳｈｕｈｅｎｇ?ＨＵＡＮＧＪｉａｓｈｅｎｇ?ＬＩＪｉａｙｕ?ＸＵＨｕａｎ?ＺＨＯＵＺｉｙａｎ (ＳｃｈｏｏｌｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?Ｗｕｈａｎ４３００７２?Ｃｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｗａｖｅｅｎｅｒｇｙｉｓａｋｉｎｄｏｆｃｌｅａｎｅｎｅｒｇｙｔｈａｔｈａｓｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｏｒｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｗａｖｅｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｕ￣ｎｉｔｈａｓｂｅｃｏｍｅａｒｅｓｅａｒｃｈｈｏｔｓｐｏｔ.Ａｍｕｌｔｉ￣ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｃｏｕｐｌｉｎｇｗａｖｅｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｕｎｉｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ.Ｔｈｅｄｅｖｉｃｅｃｏｎ￣ｓｉｓｔｓｏｆｔｈｒｅｅｐａｒｔｓ:ｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃａｐｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍ?ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｓｅａｗａｖｅ?ｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｕｎｉｔｉｓｅｓｔｉｍａｔｅｄｔｏｂｅ３８.０％.Ｉｔｉｓａｎｅｆｆｉ￣ ｃｉｅｎｔｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅａｎｄｈａｓｂｒｏａｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓｆｏｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｗａｖｅｅｎｅｒｇｙ?ｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｕｎｉｔ?ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ?ｐｒｏｓｐｅｃｔ一一随着全世界人口的快速增长?整个社会对能源的需求量显著增加?长期以来?整个社会的能源消费结构以化石能源为主?随着人们环保意识的提高?人们开始减少对化石能源的依赖?并开始使用各种清洁可再生能源?有关文献预测在２０５０年可再生能源的供应比重将会达到３５％[１]?广阔海洋中蕴藏着包括波浪能二潮汐能二海流能二温差能二盐差能等在内的巨大的能源[２]?其中?波浪能储量巨大且分布广泛?是最值得开发利用的海洋能?据估算?全世界可利用的波浪能达到１０８ｋＷ量级[３]?有着广阔的发展前景?因此成为全世界海洋能研究开发的重点? 波浪能发电发展至今?出现了各式各样的波浪能发电装置?其中具有代表性的装置有:振荡浮子式二振荡水柱式二 点头鸭 式二聚波蓄能式二阀式等[４]?目前投入使用的大多数都是大型的二大功率的设备?并且装 置建造费用昂贵?施工困难?除此之外?大多数的发电装置都是利用波浪能的半波转化?效率普遍比较低?得到的电流不稳定?电能质量不高?这些因素极大地制约了波浪能发电装置的发展? 本文提出了一种新型的小型化波浪能发电装置?突破了传统半波转化的限制?实现了全波转化并输出稳定的电流?提高能量的利用效率和电能质量?有效地解决了目前波浪能发电装置的不足?并且装置的可靠性也能得到保证?为波浪能发电的发展提供新的思路和方向? １一系统与装置特色 传统的波浪能发电装置可分为俘能二机械转化和发电三大部分?本文设计的波浪能装置在沿用传统发电装置设计理念的基础上加以改进?将整个装置进行 ６ ７
水银河堤防工程设计说明
一、工程概况 水银河堤防工程位于陇县水银河下游的城关镇黄崖村，距县城2km。堤防按30年一遇洪水设计，设计洪峰流量243 m3/s。 工程新修堤防770m，其中水银河右岸堤防520m，左岸堤防250m。工程需挖土方19285m3，回填土7510 m3，浆砌石3384 m3，压实砾砂料9936 m3，消耗水泥328T，砂子1350 m3，片石3892 m3，砂砾料9936 m3，投工5667工日。工程预算总投资219.86万元。 工程建成后可确保水银河沿岸城关镇黄崖村357户，1646人以及陕西民爆责任有限公司陇县分公司职工的财产和生命安全，同时保护了河岸两侧的耕地，使人民群众充分利用河堤种植粮食及经济作物，将有效改善人民群众的生活、生产条件，推动两个文明建设，促进区域经济发展起到不可估量的作用，社会效益、经济效益和生态效益显著。 1、基本情况 陇县位于宝鸡市西北部、地理位臵处东径106°26′20″-107°40′20″，北纬34°35′10″-35°52′54″，东西长59.7km，南北宽57.6km，周长248km，总面积2285.2km2。地势西北高，东南低，海拔高程800-2428m。东接千阳，南临宝鸡市陈仓区，北部和西部与甘肃接壤。 水银河属千河二级支流，发源于陇山山脉北麓的河北乡
地区，由陇县县城东北端汇入北河，再汇入千河。水银河干流长16.8公里，流域面积82.15平方公里，河床比降为19.7‰。 水银河流域为北部邱陵区，耕地面积大，林木稀少植被较差，覆盖率低，水土流失面积占总流域面积近一半，每逢暴雨，山洪爆发，泥水下泄，山坡耕地表土被刮，河道两岸良田、公路、村庄被毁，严重威胁着水银河两岸人民群众的生命财产和安全。 2、水文气象 陇县地处中纬度地带，受中亚季风影响，具有明显的干旱大陆性气候特征，多年平均气温10.7?，最高气温40.5?，最低气温-19.9?，最大冻深度土层0.8m。主导风向夏多东南风，冬多西北风，最大风力可达8级2.1m/s，年平均蒸发量810.1mm，多年平均降雨量600.1mm，最大年降雨量810.4.1mm，最小年降雨量426.4mm，在季节分配上也不均匀，汛期七、八、九三个月降雨量均占全年降雨量的50%-70%。 水银河流域河道洪水主要由暴雨产生形成，具有历时短、强度大、泥砂含量大、危害严重的特征。水银河多年平均流量0.32m3/s，年均径流量0.10亿m3。 3、地质地貌 水银河流域在大地构造上属鄂尔多斯台向斜西南缘，河床位于陇新生代山间断陷盆地之中。河谷上游比较狭窄，下
波浪能发电装置
课程设计说明书 题目名称波浪能发电装置的设计 课程名称机械产品技术创新 学生姓名郭钊群 学号1341102053 专业制冷与空调 指导教师姜宏阳 机械与能源工程系 2015年12 月17 日
波浪能发电装置的设计 班级：制冷与空调姓名：郭钊群学号：1341102053 摘要： 海洋波浪能作为一种清洁环保并且可再生的新型能源已经吸引了世界各国科学人员的目光，并已取得一定的研究成果。介绍了海洋波浪能发电装置的原理，对海洋波浪能发电装置进行了分类，总结了几种典型海洋波浪能发电装置的优缺点，并针对现阶段国内外研究现状指出目前存在的问题和今后海洋波浪能发电装置的发展前景。 关键字：新型能源；海洋波浪能；发电装置；发展前景 前言： 随着世界经济不断地高速发展，世界各国对能源的需求量急剧增长。当前出 现的全球石油危机，使人们更加清醒地认识到能源在国民经济和社会发展中所起 到的重要作用。为了解决能源供应在社会发展中所遇到的瓶颈问题，寻找可替代、 可再生、清洁的新型能源已经成为全球各个国家的共识。海洋作为占地球面积 70％的主体，不仅拥有丰富的水产、石油等资源，更蕴藏着巨大的能源，海洋能 源主要是以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在［1］。其中海洋波 浪能在海洋中无处不在，而且受时间限制相对较小，同时波浪能的能流密度最大， 可通过较小的装置提供可观的廉价能源（主要以电能为主），并且也可以为边远 海域的国防、海洋开发、农业用电等活动提供帮助。因此，世界上各个国家都十 分重视并且花大力气开发与研究海洋波浪能，尤其是研究和开发波浪能发电装置正文： 1.波浪能发电装置的发展历史 海洋波浪能开发利用的设想可以追溯到一个世纪以前，早在1911年，世界 上第一台海洋波浪能发电装置就研制成功，之后许多国家都致力于研究波浪能发 电。20世纪80年代波浪能开发转向以为边远沿海和海岛供电为目的的实用性、 商业化的中小型装置为目标，各国相继建成了20多个波浪能发电装置或电站。 如今，世界上主要发展和研制的波浪能发电装置有“点头鸭”式、振荡水柱式、
防洪工程设计要点分析
防洪工程设计要点分析 发表时间：2019-01-15T13:25:34.130Z 来源：《防护工程》2018年第30期作者：许战青 [导读] 并辅以工程实例论述，对防洪堤工程设计具有一定的参考价值。 河北省水利水电第二勘测设计研究院河北石家庄 050000 摘要：防洪工程是基础设施的重要组成部分，它的重要性不言而喻。加强对防洪工程的研究，有助于找出防洪工程设计与建设中的不足之处，从而制定出有针对性的解决方案，提高防洪工程的设计水平。在有效保证人们生命财产安全的同时，促进经济的发展。本文结合治理防洪工程设计，对防洪堤设计中遇到的堤顶高程、筑堤材料、加固断面型式、设计质量等方面进行剖析，并辅以工程实例论述，对防洪堤工程设计具有一定的参考价值。 关键词：防洪工程；设计标准；堤顶超高；筑堤材料 引言：防洪工程是基础设施建设的重要构成部分，随着国民经济发展以及我国城镇化进程的加快,防洪工程不仅是抵御洪涝灾害、保障经济发展和人民生命财产安全的屏障,还成为提升城市亲水环境、构建城镇生态景观的重要组成部分。这是现阶段防洪工程出现的新的特点,也对设计工作提出了更高标准的要求。做好前期设计工作,并对其中涉及的一些关键问题深入剖析并总结,对做好防洪工程的建设具有重要指导意义。 1堤顶高程的确定问题 堤顶高程的确定是防洪工程的重中之重,它是由堤防工程的重要性、工程级别以及防洪标准等综合确定,具体通过设计洪水位和堤顶超高来表现。 1.1工程概况 防洪工程位于某市主城区及副城区，河道从城区穿过。选取的典型断面计算安全超高值主城区为1.71m，副城区为1.45m。因该市地处河流中上游，洪水历时较短，现有地面基本与设计洪水平齐或不低于设计洪水50cm，若按保守计算选取堤顶超高，将阻挡居民亲水视线，不利城市亲水景观建设，结合该市已建达标工程防洪标准，主副城区堤顶超高均取1m。 1.2设计洪水位 合理确定设计标准是确定设计洪水位的首要前提。根据各单项工程各堤段保护对象的大小和重要性，依据相关规程规范，以及流域规划、各城市总体规划、已批复的各城市防洪规划，确定各堤段的洪水标准。防洪标准从某种意义上讲又是一个动态观念,由于洪水变化的幅度很大，尤其是上游山区性河流，洪峰大，但历时较短，洪水陡涨陡落。过高的标准，必然造成工程投资增加，在经济性上显然是行不通的。防洪标准实质上的是根据区域当前社会经济情况,确定一定的防洪安保体系,同时也承担超过设定标准，失事后带来的风险,取两者的一个相对均衡点。修水地方位于修河上游，修河由西至东将地方劈成两半。根据已批复防洪规划，城西发展片区为城市规划新区，现状主要由荒地与农田组成，规划新建黄田里土堤与堤后高地连接，自成一完整的防洪体系。根据现有规程规范，采用10年一遇防洪标准即可满足要求，考虑日后修水各地方协调发展及当地居民对防洪安保认知等社会稳定因素，设计时采用与其他片区一样的防洪标准，即20年一遇洪水标准。 1.3堤顶超高 根据《堤防工程设计规范》堤顶超高（Y）由设计波浪爬高（R）、设计风雍水面高度（e）和安全加高（A）相加，即Y=R+e+A。其中R经采用经验公式可得,江河堤防风雍水高度e通常在10-4m级别上，可忽略不计。结合堤顶防汛公路路面硬化，在保证堤防安全的条件下，若按允许越浪的堤防设计，A可取小值。计算波浪爬高时，风向、风区长度与风速对其影响很大，为简化计算通常保守的做法都是按最不利因素叠加计算，尤其是汛期高水位时的风向并不都是与堤线垂直，这样就片面的增大了堤顶超高。本文认为，在山区河流洪水历时较短的地方，可人为降低波浪爬高，甚至不计波浪影响，仅按堤防等级选取安全加高。在乡镇防洪与河段整治工程中，有一些防洪工程地面高程基本与水位平齐或不低于设计水位30cm，若新建堤防，不但压占土地，还将改变原有排水体系，带来新的内涝问题。结合审查单位意见，设计对此类工程一律取消新建堤防，仅对原有岸坡进行防护，并在坡顶修建防汛道路，汛期允许其高水位时越浪。此外，同等级别沿河两岸及上下游堤防工程堤顶超高应统一、协调确定，保证沿河居民防洪安保安全感，促进社会稳定、和谐发展。 2筑堤材料问题 目前我国筑堤料主要还是采用土料，在《堤防工程设计规范》中对筑堤料有明确要求，设计时按要求选取即可，但在有些地区尤其是山区，本身土料就比较匮乏，满足筑堤要求的土料场距工程区较远。因此，若在筑堤中能合适就近取用当地的材料，通过采取相应的工艺控制措施，保证筑堤质量，这将大大减少工程投资。位于饶河干流的某市，其航空工业园区的吕蒙堤，土料场距工程区较远，工程区附近的宋家山风化料场其储量及质量均满足筑堤要求，从工程投资经济性考虑，并结合当地堤防建设经验，采取粘土斜墙防渗、背填风化料的堤身断面，通过计算，堤身抗滑、渗流稳定均满足规范要求。随着土工技术的发展，越来越多的新型筑堤材料得到应用，既要结合当地实际情况，又要考虑工程对环境的影响[5]。赣江下游尾闾地区，河道开阔，河床下切严重，河中多分布沙洲，当地粘土料匮乏，河道两岸防洪堤基多为透水性较强的砂性土。结合区域内经济发展水平，该区域防洪堤多采用抛石和吹填砂筑堤,深层搅拌水泥土薄壁防渗墙防渗[1]。采用该种筑堤方法具有施工简单、节约工程投资等重要意义。 3堤防加固断面型式问题 本次设计范围内的万亩农田圩堤33座，其中5万亩以上的圩堤就有5座，可以说他们是所有地区的重要产粮基地。这些圩堤大都建设年代相对较远，存在着土层碾压不够充分等问题。历年来，仅对出现过较大险情的堤段进行过处理[2]。对这些圩堤的加固，既要对险情有针对性的处理，又要保证堤防断面达标。地处修河支流潦河的宋埠堤，现状堤顶已远远高于设计洪水位，但由于筑堤料质量参差不齐，尤其是采用砂土筑堤的部分段落在外河高水位时，堤后常有泡泉出现，根据渗流计算结果，采用在堤后盖重砂土，盖重厚度根据计算结果确定。在未出险堤段，部分堤段虽然堤顶宽度不足4.0m，但是在计算堤顶高程处，堤身宽度已然大于4.0m，堤坡约为1:2，故不对此类堤段堤身加高培厚，仅在堤顶铺设3.5m宽防汛道路以及对堤容堤貌进行修整。位于赣江支流袁河上的袁河南联圩，处于凹岸的部分段落受河水
堤防工程设计规范(考题及答案)
堤防设计规范》题目 1．1 级堤防在不允许越浪的情况下，安全加高值是（）。2．松软土基上上防洪墙基地应力的最大值与最小值之比，基本组合不应大于（），特殊组合必应大于（）。 3．当软黏土堤基采用铺垫透水材料加速排水固结时，其透水材料可使用（）、（）（），也可结合使用。在防渗体部位应避免造成渗流通道。 4．对于深层的可液化土层，可采用振冲、强夯、（）、（）加强堤基排水等方法处理。5．表层透水堤基处理可采用截水槽、（）、（）及灌浆截渗等方法处理。6．防渗墙深度应满足渗透稳定要求。半封闭式和封闭式防渗墙深入相对不透水层的深度不应小于（），当相对不透水层为基岩时，防渗墙深入相对不透水层的深度不应小于（）。7．土堤堤身设计应包括堤身断面布置、填筑标准、堤顶高程、堤顶结构、堤坡与戗台、（）、（）。 8 ．防洪墙设计应包括墙身结构形式、基础轮廓尺寸、（）、（）等。 9．黏性土土堤的填筑标准应按压实度确定。1 级地方不应小于（）。 10 ．堤顶超高公式为Y=R+e+A ，公式中的R 表示（）、e 表示（）。 11 ．土堤应预留沉降量。沉降量可根据地基地质、堤身土质及填筑密度等因素分析确定，宜取堤高的（）。 12 ．堤顶宽度应根据防汛、施工、管理、构造及其他要求确定。堤顶宽度，1 级堤防不宜小于（）；2 级堤防不宜小于（）。 13 ．防浪墙可采用浆砌石、（）等结构形式。防浪墙净高不宜超过（），埋置深 度应满足稳定和抗冻要求 14 ．堤高超过6.0m 时，背水侧宜设置戗台，戗台的宽度不宜小于（）m 。 15 ．浆砌石、混凝土等护坡应设置排水孔，孔径可为（），孔距可为（），宜采用梅花
形布置。 16 ．高于6m 的土堤受雨水冲刷严重时，宜在堤顶、堤坡、堤脚以及堤坡与山坡或其他建筑物结合部设置（）。 17 ．平行堤轴线的排水沟可设在戗台内侧或近堤脚处。坡面竖向排水沟可每隔（）设置一条，并应与平行堤轴向的排水沟连通。 18 ．堤身防渗宜采用均质土堤形式，也可采用心墙、斜墙等型式。防渗材料可采用（）、（）沥青混凝土、（）等材料。堤身排水可采用深入背水坡脚或贴坡滤层。滤层材料可采用砂、砾料或土工织物等材料。 19 ．防渗体的顶部应高出设计水位（）。 20 ．防洪墙应设置变形缝，钢筋混凝土墙缝距宜为（），混凝土及浆砌石墙宜为 10~15m 。 21 ．渗透稳定应进行以下判断和计算：1 土的渗透变形类型；2 堤身和堤基土体的（）；3 堤防背水侧渗流出逸段的渗透稳定。 22 ．墙式护岸墙基可采用地下连续墙、（）或（），结构可采用（）或（），其断面结构尺寸应根据结构应力分析计算确定。 23 ．背水侧堤坡及地基表面逸出段的渗流比降应（）允许比降；当出逸比降大于允许比降，应采取（）、（）等保护措施。 24 ．土堤抗滑稳定计算可采用（）或简化毕肖普法。当堤基存在较薄软弱土层时，宜采用改良圆弧法 25 ．修建与堤防交叉、连接的各类建筑物、构筑物，应进行（），不得影响堤防的管理和防汛安全。 26 ．当堤基渗透稳定不能满足要求时，宜采用临水侧防渗铺盖、（）、背水侧盖重、排
波浪能发电装置
波浪能发电装置 摘要： 能源犹如人体的血液，能源工业作为国民经济的基础，对提高人民生活质量和促进社会经济发展都极为重要．如果新的能源体系尚未建立，能源危机将席卷全球．最严重的状态，莫过于工业大幅度萎缩.甚至因为抢占剩余的石油资源而引发战争．为了避免能源枯竭，目前美国、加拿大、日本、欧盟、中国等都在积极开发如太阳能、风能、海洋能（包括潮汐能和波浪能）等可再生新能源．我国波浪能发电技术研究自２０世纪７０年代开始至今，已取得了巨大的成就.我国波浪能发电技术研究虽起步较晚，但发展很快我国的微型波浪能技术已经成熟，小型岸式波浪能发电技术已进入世界先进行 列．我国沿海有效波高约为２～３ｍ、周期为９ｓ的波列，波浪功率可达１７～３９ｋＷ?ｍ－１，渤海湾更高达４２ｋＷ?ｍ－１．因此，利用海水波浪上下运动产生的频率，设计一个与波浪运动频率有交集的发电装置，此装置以研究转换效率较高、成本较低的浮子式波浪发电技术为目的，以机械共振为基础，通过对波浪能的利用，找到一种获取海洋能源并将其转换为电能高效的、新型的、环保的途径，具有广阔的应用前景. 以下介绍一种波浪能发电装置---浮板式波浪能发电装置.由一连串的浮板通过轴相连接,在浮板的上面装上太阳能板,板里面装有许多线圈,线圈外装有外罩.
装置原理:1,太阳能板利用的是光生伏特效应：假设光线照射在太阳能电池板上并且光在界面层被接纳，具有足够能量的光子可以在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激起，致使发作电子－空穴对。界面层临近的电子和空穴在复合之前，将经由空间电荷的电场结果被相互分别。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。经由界面层的电荷分别，将在P区和N区之间发作一个向外的可测试的电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。对晶体硅太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5～0.6V。经由光照在界面层发作的电子－空穴对越多，电流越大。界面层接纳的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中组成的电流也越大。在太阳能电池板边缘处留有两个孔,用来连接发电机. 2,类似于手摇式自发电手电筒原理：在板的两侧装有类似于弹簧的收缩器，在收缩启向板内一侧有连接发电机的导线。在波浪的冲击作用下，推动了该收缩器 的运动，由波浪的动能转换成机械能。
波浪能发电系统浮板的优化设计
波浪能发电系统浮板的优化设计 向健平，凌永志，沈尧 （长沙理工大学能源与动力工程学院，长沙410114） 摘要：针对波浪能发电系统设计中浮板能量转换效率低的问题，基于海南省某地现有波浪能发电实验站的波浪能采集装置，采用Fluent软件进行建模仿真的方法对其进行优化设计，提出一种优化摆式浮板的设计方案。比较原浮板和优化浮板在吸收波浪水平方向动能的能力、能量损耗、浮板积水问题等方面的差异，结果表明这种优化的摆式浮板能成功实现浮板在收集波浪水平动能能力上的提升，并且解决浮板积水问题，减小能量损耗，从而提高浮板能量转换效率。 关键词：波浪能；浮板；能量转换；水动力分析 中图分类号：文献标志码：A 【DOI】10.13788/https://www.360docs.net/doc/2513737526.html,ki.cbgc.2017.07.037 Study on Optimal Design of Floating Plate for Wave Energy Generation System XIANG Jianping, LING Y ongzhi, SHEN Y ao (School of Energy and Power Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China) Abstract:This paper proposes a design method of optimizing an existing tilted floating plate to raise its efficiency in generating power. Modeling of both original floating plate and optimized floating plate has been developed to compare the differences in the aspects of energy dissipation and wave energy absorption capacity in the horizontal direction. The results of simulation show that the design method has improved the ability of collecting wave horizontal kinetic energy and raised the conversion efficiency of the floating plate and reduced energy loss, thus improved the wave energy conversion efficiency. Key words:wave energy; floating plate; energy conversion; hydrodynamic analysis 0 引言 人类的生存发展离不开能源，为了解决能源困境，越来越多的新能源被开发利用。波浪能作为近年新兴的清洁能源，在国内外都受到了广泛关注[1-3]。波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比，是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。 我国海域辽阔，蕴藏着丰富的海洋能。调查统计表明，我国沿海波浪能理论装机容量约1 285万千瓦。但是我国海洋能源的能量密度普遍较低，大部分沿海地区的年平均波浪功率密度仅为2 kW/m～7 kW/m。因此，从波浪能开发利用技术的角度而言，提高能量转换效率是衡量发电系统优劣的关键性指标之一[4]。 波浪能的发电装置多种多样，有点头鸭式、波面筏式、摆式、振荡水柱式、收缩水道式等十余种[5]。然而，波浪能发电的能量转换效率过低，成为限制其发展和推广的关键因素。其中，浮板的设计优劣会直接影响到波浪能发电系统的发电效率和生产成本。浮板的主体是一个大型的基本上密封的中空箱型装置，制造材料为轻薄钢材，可以随波浪起伏而浮动。目前，浮板能量转换效率低是亟待解决的一个问题。 本文主要分析波浪能发电系统使用的摆式浮板，找出其能量转换效率较低的原因，结合计算机仿真技术和现场考察，设计出可以提高浮板能量转换效率的新型浮板。该研究将为波浪能资源的利用提供理论依据和技术支持。 1 摆式浮板发电技术 波浪能开发利用的设想可以追溯到一个多世纪之前，但是真正有应用价值的研究是从上世纪60年代才开始的。摆式波浪能发电技术最早由渡部富治教授提出；而日本室兰工业大学在其基础上进行了进一步的深入研究，并于1983年在北海道的一处港湾建造了一座5 kW小型摆式波浪能发电站。该电站的发电装置通过摆式结构从波
波浪能发电(新能源发电)
摘要:波浪能是一种清洁无污染、蕴藏量丰富的可再生新能源。随着可再生能源开发的日益加强,世界各国政府对波浪能的开发也越来越予以重视,波浪能开发的各项技术已不断取得突破。介绍了波浪能发电技术的基本原理,特别是其能量转换系统作了全面介绍,综述了国 内外波力发电技术的现状,分析了波力发电研究的未来发展趋势,指出了波力发电对于我国未来的能源发展战略具有十分重要的意义。 关键词:波浪能;波力发电;波能装置;现状及发展趋势 前言： 随着社会对能源需求的日益增长,作为主要能源来源的煤炭、石油、天然气等非可再生资源渐趋枯竭,二氧化碳排放量过高所带来的温室效应!和对环境的破坏所产生的负面影响日趋严重。目前,世界各国都在积极进行着洁净可再生能源的开发与利用工作 新能源的开发与利用已成为当今社会重大研究课题。在我国,新能源主要指太阳能、风能、海洋能、生物质能、地热能及其他可再生能源。海洋能是海水中蕴藏的巨大可再生自然能源的总称,它包括潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水温差能和海水盐差能。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。 波浪能是海洋能的一种,是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎浪面的宽度成正比. 它是海洋中蕴藏最为丰富的能源之一,也是海洋能利用研究中近期研究得较多的海洋能源之一。波力发电作为波浪能利用的主要方式,其
研究始于一百多年前,当1955年第一台波力发电机组诞生后,很多专家都致力于这项工作的深入研究。波力发电可以为边远海岛和海上设施等提供清洁能源。其开发利用已趋于成熟,正在进入或接近于商业化发展阶段,将向大规模和独立稳定发电发展方向发展。现主要针对波力发电基本原理,特别是其能量转换系统,国内外波力发电现状以及趋势作出全面的阐述。 1.波力发电基本原理 经过70年代对多种波能装置进行的实验室研究和80年代进行的实海况试验及应用示范研究,波浪发电技术已逐步接近实用化水平,研究的重点也集中于三种被认为是有商业化价值的装置:振荡水柱式波能装置、摆式波能装置和聚波储能式能装置。前两种分别利用海面波浪的上下运动及利用波浪装置随波摆动或转动,产生空气流或水流使涡轮机转动;第三种则是将低压大波浪变成小体积高压水,引入高位水池积蓄后形成水头,冲击水轮机。以下分别介绍上述三种装置的能量转换原理及过程。 2.振荡水柱波能装置 振荡水柱式又称为空气透平式波能装置,世界上大多数的波能电站都是振荡水柱式的。它们具有良好的波能转换性能及防腐性能。对地形的依赖性小。且其设计方法和建造技术也发展得最为成熟。 振荡水柱式波浪发电的原理主要是将波力转换为压缩空气来驱动空气透平发电机发电。振荡水柱波能装置可分为漂浮式和固定式两种。目前已建成的振荡水柱波能装置都利用空气作为转换的介质。其一级
电力电子第1章习题-带答案(最新整理)
第 1 章习题 第 1 部分：填空题 1.电力电子技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的 技术。 2.电力电子技术是应用在电力变换领域的电子技术。 3.电能变换的含义是在输入与输出之间，将电压、_电流、频率、_相位、_相数中的一项以上加以改变。 4.在功率变换电路中，为了尽量提高电能变换的效率，所以器件只能工作在_ 开关状态，这样才能降低损耗。 5.电力电子技术的研究内容包括两大分支：电力电子器件制造 技术和_变流技术。 6.半导体变流技术包括用电力电子器件构成电力变换电路和对其 进行控制的技术，以及构成_ 电力电子装置和电力电子系统的技术。 第 2 部分：简答题 1.什么是电力电子技术？ 答：电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，使用电力电子器件对电能进 行变换和控制的技术。 2.电能变换电路的有什么特点？机械式开关为什么不适于做电能变换电路中的 开关？ 答：电能变换电路在输入与输出之间将电能，电流，频率，相位，相数种的一 相加以变换。 电能变换电路中理想开关应满足切换时开关时间为零，使用寿命长，而机械开 关不能满足这些要求。 3.电力电子变换电路包括哪几大类？ 答：交流变直流-整流；直流变交流-逆变；直流变支路-斩波；交流变交流-交 流调压或者变频。
“” “” At the end, Xiao Bian gives you a passage. Minand once said, "people who learn to learn are very happy people.". In every wonderful life, learning is an eternal theme. As a professional clerical and teaching position, I understand the importance of continuous learning, "life is diligent, nothing can be gained", only continuous learning can achieve better self. Only by constantly learning and mastering the latest relevant knowledge, can employees from all walks of life keep up with the pace of enterprise development and innovate to meet the needs of the market. This document is also edited by my studio professionals, there may be errors in the document, if there are errors, please correct, thank you!
“PETREL”海燕浮力摆式波浪能发电装置外观设计
摘要：本文通过了解以英国“oyster”（牡蛎）浮力摆式波浪能发电装置为主的几款摆式波浪能发电装置，在其原理基础上对它的一级能量收集装置即摆板进行再设计，旨在通过对摆板的外观设计来达到提高其波浪能收集率，进而增加发电量的目的。怀揣如此的目标，“petrel”（海燕）浮力摆式波浪能发电装置的设计构想应运而生。 关键词：摆式波浪能发电装置；一级能量收集装置；外观设计；波浪能收 然而，浮力摆式波浪能发电装置仍然有着很大的开发空间，如何进一步提高波浪能收集效率，如何增加发电量以及一些亟待解决的问题，始终是研究人员研发的首要课题。 1 基于浮力摆式波浪能发电装置原理上的外观设计 1.1 一级能量收集装置的外观设计 一级能量收集装置是整个浮摆式波浪能发电装置最重要的部分之一，一级能量收集装置即摆板的作用是收集波浪的动能，并将此动能通过液压装置和发电机转化为电能。作为整个发电设备初始能量的收集装置，摆板的造型和外观会直接影响到一级能量的吸收量从而影响整个发电装置的电能输出量。因此，对于一级能量收集装置即摆板的设计就显得尤为重要。 几种浮摆式波浪能发电装置一级能量收集装置的外观： 1.2 一级能量收集装置外观设计目的 作为浮力摆式波浪能发电装置的初始能源收集装置，一级能源收集装置即浮力摆板的能量收集量越大、收集率越高，也就意味着在后续的能量转化环节也就是发电环节中发电量的增加，这也正是对浮力摆式波浪能发电装置不断设计革新的宗旨所在。发电装置发电量的影响因素有很多，诸如波长、浪高、流速等自然因素和摆板材料、规格、形状等人为因素。由于海洋自然环境的复杂性和多样性，因此本文对于浮力摆式波浪能发电设备的一级能量吸收装置的外观设计是在英国oyster浮力摆式波浪能发电装置的发电原理上进行的，针对摆板的外观进行了设计，旨在提高摆板的波浪能吸收效率，从而增加发电量。 2 基于英国oyster浮力摆式波浪能发电装置原理的新外观设计 2.1 petrel（海燕）浮力摆式波浪能发电装置外观设计 petrel浮力摆式波浪能发电装置的设计是建立在oyster浮力摆式波浪能发电装置的设计基础上的，对其一级能量收集装置进行了新设计并增加了额外的辅助发电功能（如图4、图5）。petrel浮力摆式波浪能发电装置摆高16m，摆宽15m，安装水深为10～13m。同oyster 浮力摆式波浪能发电装置一样安置在近岸海床，距海岸大约500m。 2.2 petrel浮力摆式波浪能发电装置摆板设计 petrel浮力摆式波浪能发电装置与oyster浮力摆式波浪能发电装置的主要区别在于摆板的设计，petrel的摆板设计造型灵感来自于鸟类海燕的翅膀形状（如图6、图7），不同于oyster的5根钢管垂直排列的摆板造型。这样的设计是在摆板的向波面增加了一个折线结构，首先增加了摆板与波浪的接触面积，使得摆板一次接触更大的波浪，从而收集更多的波浪能；其次从侧面可以看出摆板上端较下端更为宽大，由于摆板的中空设计，上端加大可以增加摆板上端的浮力。得以辅助摆板随波浪的摆动运动。 2.3 petrel浮力摆式波浪能发电装置辅助发电功能 3 petrel浮力摆式波浪能发电装置实用性预测 petrel浮力摆式波浪能发电装置的一级能量收集装置由折线造型的主摆板和两块辅助小摆板构成，充分利用表层与底层的海水运动来进行一级能量收集。另外，petrel浮力摆式波浪能发电装置整体继承英国oyster浮力摆式波浪能发电装置的优点即工作原理不复杂、结构简单、安置于近岸海床海水环境较远海更为稳定、方便修理维护以及充分利用近岸波浪能资源。经过主摆板外观的设计和辅助摆板的加设，在理想状态下可以增加一级能量即波浪能的收集，从而提高发电量。
堤顶高程设计及原则
堤型及断面设计 5.3.1 设计原则 （1）充分利用当地建筑材料 防洪堤断面较大，堤线也较长，用料量较大，可充分利用当地石料，采挖运输方便。在11月～4月，河流的流量小，滩地显露，汽车可行驶，运料方便。 （2）考虑施工队伍特点，确保工程质量 埋石混凝土重力式挡墙和衡重式挡墙对施工队伍的专业化要求均较高，严格施工管理，加强工程质量监督，可确保工程质量。 （3）适应城镇发展需要 堤防设计遵循国家及地方有关规程、规范和条例，结合城镇规划和长远发展目标，保护生态环境和提高社会经济效益。 （4）改善河床行洪能力 因势利导顺应河道河势特性，改善局部险工险段的行洪防洪能力，控导河势朝有利方向发展，有利于后期工程管理。 5.3.2 堤顶超高及堤顶高程的确定 按照上述设计原则，结合两河口至青衣源大桥防洪堤工程区建筑材料及地形地质等实际情况，对两河口至青衣源大桥防洪堤进行了埋石混凝土重力式堤和埋石混凝土衡重式堤两种堤型的设计。 （1）堤顶超高 根据《堤防工程设计规范》（GB50286-98），堤顶超高由设计波浪爬高R，设计风雍水高度e，安全加高A三部分组成。 Y＝R+e+A 经计算，两河口至青衣源大桥防洪堤的超高：埋石混凝土重力式堤的超高Y ＝1.0～1.1m，面板式堤的超高Y＝1.2～1.25m。 根据已建老堤运行情况，并参照国内其他工程采用值，两河口至青衣源大桥防洪堤的超高在采用埋石混凝土埋石混凝土重力挡墙式及衡重挡墙式堤型时堤
顶超高取为1.0m （2）设计洪水位 在已通过审批的《雅安市宝兴河宝兴县两河口至青衣源大桥防洪堤工程行洪论证与河势稳定评价报告》中计算了在洪水设计标准为P＝5％时防洪堤河段的水面线，本次设计对洪水位进行了重新核算，其设计洪水位为：1003.82 m～1013.95m。 （3）堤顶高程 堤顶高程的确定：设计水位加上堤顶超高。
电力电子变换器设计
摘要 电力电子变换器是应用电力电子技术将一种电能转变为另一种或多种形式电能的装置。其中，直流变换器是一个重要部分，它是将一种直流电能转换成另一种或多种直流电能的变换器。DC/DC全桥变换器由DC/AC和AC/DC两种电路形式组合而实现直直变换的，其中DC/AC全桥逆变器的主电路只有一种，但控制方式有三种，其输出不仅与开关器件状态有关，且与负载性质和大小有关。在后两种控制方式中，电路是否具有续流管会直接影响其输出，同时在变换器的实际应用中还存在直流分量问题，其对电路性能有不良影响，要想办法抑制或消除。 关键字：直流变换器、控制方式续流管、全桥逆变器、输出整流滤波电路、直流分量的抑制 目录 一全桥逆换器及其控制 1.1 双极性控制方式 1.1.1 负载为纯电阻 1.1.2 负载为电感 1.2 有限双极性控制方式 1.3 移相控制方式 二PWM DC/DC全桥变换器 2.1 具有续流管的DC/DC全桥变换器 2.2 没有续流管的DC/DC全桥变换器 三DC/DC全桥变换器中直流分量的抑制 四设计结论 五设计体会 六参考文献
一 全桥逆换器及其控制 DC/DC 全桥变换器由全桥逆变器和输出整流滤波电路构成，首先就全桥逆变器的构成和工作原理做一下简单概述。 1.1 双极性控制方式 全桥逆变器的主电路如图1-1所示，有四只功率管1Q ~4Q ，反并联二极管1D ~4D 和输出变压器r T 等构成。输入直流电源电压为in V ，输出交流电压为o v ，变压器r T 的原边绕组接与AB 两端。变压器原边绕组匝数为1N ，副边匝数为2N ，变比21/N N K =。 1.1.1 负载为纯电阻 晶体管为脉宽调制（PWM ）工作方式，在一个开关周期S T 的前半周，1Q 和4Q 导通2/S T D ?，D 为占空比，2 /s on T T D =，后半周期为2Q 和3Q 导通，导通时间也为2/S T D ?。1Q 和4Q 导通时in AB V v -=，1Q 和4Q 与2Q 和3Q 均截止时，0=AB v 。故变压器副边开路时，变压器原边电压AB v 的波形如图1-1(b)所示。为一个方波电压。调节晶体管的导通时间，即改变占空比D ，就可以调节AB v 的宽度，从而调节AB v 的有效值的大小。副边电压o v 波形与AB v 相同，幅值为K V in /。 (a) 全桥逆变器主电路