波浪能发电装置的PTO(Power Take Off,动力输出)系统对发电效率有重要影响。该文以鹰式波浪能发电装置为研究对象,基于线性势流理论在频域内求解了波能装置的多体水动力系数和给定海况下吸波体波浪诱导载荷,采用间接时域法求得吸波体的时域运动响应。在ADAMS框架中建立鹰式装置液压PTO系统的参数化模型,以液压缸的安装位置和PTO系统阻尼系数作为设计变量,PTO系统平均功率为目标函数,实现对液压PTO系统能量转换效率的目标优化。通过全参数优化,装置在中国南海海域中等海况和低海况下,较之原型机俘获宽度比均有大幅提高,中等海况和低海况下的平均俘获宽度分别提高了6.748%和12.816%。这为波浪能发电装置液压PTO优化设计提供了一种高效可行的数值方法。

鸭式波能装置在波浪力作用下转动角度的大小是判断可俘获波浪能大小的重要尺度参数，该转角的测量是否准确决定了鸭式装置俘获波浪能效率的高低。设计一种自适应鸭式装置浮态的角度测量装置。该测量装置由阻尼器、大小齿轮、逆止器、感应探头等组成。通过巧妙的设计实现转角测量自动适应鸭式波浪能发电装置浮态的变化，实现其测量角度的功能。试验结果证明：该装置的精确度、可靠性和稳定性都满足实际需求。

文章针对波浪能装置液压发电系统展开了实验研究,分别进行了电阻负载特性实验和电池负载特性实验,研究了负载阻值对电阻负载发电特性的影响,以及不同充电电压和不同启动压力对电池负载发电特性的影响。研究结果表明:在电阻负载情况下,存在最优负载阻值,在最优负载阻值下,系统的发电效率达到最高;在电池负载情况下,充电电压决定着发电电压的大小,启动压力决定了发电电流的大小,并且启动压力的增加对液压发电系统的发电效率也会有所提高。

液压式能量转换系统是波浪能发电装置应用最为广泛的一种能量转换方式。本文针对波浪能液压能量转换系统展开了模型仿真研究,建立了带有蓄能稳压环节和液压自治控制器的波浪能装置液压能量转换系统的数学模型。基于所建立的数学模型搭建了波浪能装置液压转换系统的MATLAB and Simulink仿真框图,对系统进行仿真,并利用实海况实验得到的发电数据和仿真数据进行对比。结果显示,二者之间的相对误差较小,验证了该系统仿真模型的准确性。此外,还分别模拟了规则波和随机波输入情况下液压能量转换系统的发电特性曲线。仿真结果表明,无论是规则波还是随机波,经过液压能量转换系统之后,输出的发电特性都比较稳定,也即是利用该能量转换系统实现将不稳定的波浪能转换成稳定的电能,提高了发电质量,为后续的电力输送及并网提供了便利。

针对采用蓄电池提供直流母线电压难于满足波能装置装机容量不断增长需求的问题,提出基于逆变器直流电压模式的多液压发电机组并网接入方法。逆变器为液压发电机组直接提供直流母线电压,组建成波能装置无蓄电池组支撑的直流纳电网。建立了逆变器直流电压模式电路拓扑和直流电压外环控制回路。通过多液压发电机组波能装置基于逆变器直流电压模式仿真试验,验证了无蓄电池组波能装置并网接入方法的可行性。该研究成果已应用到500 kW“长山号”波能装置中,为大功率波能装置并网系统研究奠定了基础。

液压式波浪能发电技术因成熟度高、输出稳定,是目前发展较好的波浪能发电技术之一。介绍了液压式波浪能发电装置的三大元件和液压式波浪能发电系统最新的研究进展,提出了液压式波浪能发电系统现阶段存在的不足,展望了液压式波浪能发电技术未来的发展趋势。

针对小型海洋观测仪器用电需求,研究高效、可靠的小型液压式波浪能装置能量转换系统。在实验室建立一套3 kW的液压式波浪能能量转换系统,进行不同电阻负载、不同蓄能体积以及不同控制策略的液压系统试验,获得PTO效率曲线及各发电过程的特性曲线,详细分析不同控制策略的能量转换特性,得到PTO效率随阻值的增大趋于平稳、蓄能体积基本不影响PTO转换效率的结论,验证有蓄能器无控制器型直冲式能量转换系统的可行性。