能源是国民经济发展的命脉,是提高人民生活水平的重要物质基础。随着国民经济的发展,我国对能源的需求日益增加。传统化石能源消耗量的持续增长给生态环境带来了巨大负担,带来水污染、空气污染等严重问题。波浪能是海洋可再生能源的一种,具有绿色环保、储量丰富以及能流密度高等特点,目前正在吸引着全世界越来越多国家的目光。然而,波浪能本身特有的能量输入波动大以及设备生存环境恶劣等问题也给波浪能开发设备的研发及应用带来了一定困难。漂浮摆式波浪能装置是一种基础的波浪能开发装置类型,具有可靠性高、安装和维护简便的特点。借助液压传动系统将漂浮摆的机械能进一步转化为稳定且高效的能量输出。将多套这样的漂浮摆式波浪能发电装置进行阵列式排布可以构建波浪能发电场,通过集中式液压系统等关键设备的共享可以有效地降低建造成本。本文首先从流体动力学出发,借助基于势流理论的波浪动力学知识搭建了漂浮摆动力学方程的数学模型。在此基础上,结合新设计的集中式液压传动系统,给出了一种新型基于液压传动系统的阵列式漂浮摆波浪能发电装置的设计方案。完整地构建了该装置从波浪输入到最终电能输出的阵列式漂浮摆波浪能装置的仿真模型。通过缩比模型的水池实验对仿真模型中的关键参数进行校正,使得仿真模型的仿真结果更加符合实际情况。在仿真模型的帮助下,设计了 一套在额定波况下可以实现15kW额定功率输出的三漂浮摆阵列式波浪能发电装置。同时,针对浮体外形、潮水水位以及能量俘获装置的负载等三个影响装置整体能量俘获效率的因素展开讨论,提出改进设计的构想,并借助仿真模型予以对比验证。除此之外,本文还通过多能互补系统模型,就阵列式漂浮摆在离网式多能互补系统中的应用前景展开讨论,从经济性角度考量了近段时间波浪能装置的应用价值。论文各章内容分述如下:第一章在调研查阅了大量的国内外相关文献的基础上,论述了波浪能发电装置研究的背景、目的和意义;介绍了国内外各种波浪能发电技术的研究进展及取得的成果;总结了当前漂浮摆式波浪能发电装置研究方面亟待解决的一些关键技术问题。第二章介绍了波浪的基本特点和常用的属性参数。在此基础上运用势流理论,尤其是微幅波理论分析了不同波况下的波浪-浮体的相互作用机理和计算方法,最后结合漂浮摆的运动特点构建了其在波浪激励下的动力学方程。第三章提出了一种基于液压传动的阵列式漂浮摆波浪能发电装置的设计理念,可以实现“分布捕能、液压传动、汇集发电”。结合漂浮摆动力学分析的数学模型以及液压传动系统的物理模型搭建了一套Simulink-AMESim联合仿真模型,可以实现从波浪输入到电能输出整个系统的完整仿真。然后通过开展缩比模型的水池实验,对仿真模型中的关键参数进行修正。借助该仿真工具,在充分考虑阵列式漂浮摆特点的基础上,设计了一套15kW额定输出功率的三漂浮摆阵列式发电装置。第四章提出了一种漂浮摆装置的结构优化方案。首先对漂浮摆的浮体外形进行了优化设计,针对不同波况给出了两种优化过的浮子外形方案。此外,还讨论了潮水水位的变化对漂浮摆能量俘获效率的影响,设计了一种新型的潮位自适应的摆动机构。对比仿真结果表明,在不同潮水水位下,带有新型摆动机构的漂浮摆比传统漂浮摆的能量俘获效率更高且变动幅度更小。第五章提出了一种适用于非规则波浪下波浪能发电装置的最大功率点追踪算法。在扰动观测法的负载阻尼调节算法的基础上,针对不规则波浪下能量输出变化大的特点,加入输入能量预测算法以弥补能量输入的波动带来的计算误差,实现了不规则波浪下的实时最大功率点追踪。第六章探讨了漂浮摆式波浪能发电装置在多能互补系统中应用的可行性。首先搭建了一个“风-光-波浪”联合供能的海上浮台,进行了为期一周的海试。考虑到实验设施中的波浪能装置装机量较小,发挥作用有限,又以浙江省舟山市东福山岛的自然资源状况以及用电数据为背景,搭建了一套离网式的多能互补模型。全年的仿真结果表明阵列式波浪能发电装置在离网式海岛多能互补系统中具有很高的应用价值。第七章对本文的研究工作及成果进行了归纳总结,并指出本课题今后进一步的工作内容与研究方向。