波浪能发电系统及其电气协同控制方法、电子设备

本技术涉及波浪能发电领域，具体涉及一种波浪能发电系统及其电气协同控制方法、电子设备。

背景技术：

1、目前，波浪能发电装置必须通过浮体与波浪的相对运动来提取能量，而能量提取本身会改变波浪场的能量分布，后排装置的实际发电功率明显低于前排装置，现有技术中各装置独立设定，未考虑前排装置吸能后排剩余波能的影响，导致阵列整体发电功率偏低。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提出一种波浪能发电系统及其电气协同控制方法、电子设备，旨在提高波浪能发电系统的发电功率。

2、本技术提出一种电气协同控制方法，应用于波浪能发电系统，所述波浪能发电系统包括多浮体阵列，所述多浮体阵列包括沿波浪传播方向排列的波浪能发电装置，所述波浪能发电装置包括浮体、发电机、变流器和控制模块，所述电气协同控制方法包括：

3、获取入射波浪参数以及所述波浪能发电装置的电气参数；

4、其中，所述入射波浪参数包括波浪高度、波浪谱峰周期和波浪方向，所述电气参数包括所述波浪能发电装置的电磁阻尼和发电功率；

5、基于所述波浪能发电装置的所述电磁阻尼，确定所述波浪能发电装置的吸能效率；

6、对于所述多浮体阵列的第一行装置，基于所述波浪高度、所述波浪谱峰周期以及预设的第一逻辑关系确定入射波浪的波能流密度；

7、对于第一行之后的各行装置，按照逐行递推方式确定到达该行装置的波能流密度，其中，后排装置的波能流密度等于前排装置的波能流密度乘以前排装置的波能剩余比例后再乘以预设的行间传播因子，所述波能剩余比例为一减去前排装置的所述吸能效率；

8、基于所述波能流密度和所述吸能效率，建立所述多浮体阵列的预测总发电功率与所述电磁阻尼之间的映射关系；

9、以所述多浮体阵列的预测总发电功率最大化为目标，以所述波浪能发电装置的电磁阻尼为优化变量，在预设的约束条件下进行求解，得到多个所述波浪能发电装置的目标电磁阻尼；

10、将所述目标电磁阻尼转换为电磁转矩，并控制所述变流器执行。

11、可选地，所述基于所述波浪能发电装置的所述电磁阻尼，确定所述波浪能发电装置的吸能效率包括：

12、基于所述电磁阻尼、所述波能流密度以及预设的第二逻辑关系，确定所述吸能效率；

13、在所述电磁阻尼等于预设的最优阻尼的情况下，所述吸能效率达到最大值；

14、在所述电磁阻尼大于或小于所述预设的最优阻尼的情况下，所述吸能效率降低；

15、所述第二逻辑关系为，为所述浮体的迎波宽度，为波浪激励力，为所述电磁阻尼，为所述浮体的机械阻抗，为所述波能流密度，为所述吸能效率。

16、可选地，所述多浮体阵列的第一行装置根据实时波浪方向动态确定：

17、在每一控制周期，根据所述波浪方向，将所述多浮体阵列中沿波浪传播方向最先遭遇入射波的装置行确定为当前第一行，后续行号沿所述波浪传播方向依次递增；

18、在所述波浪方向与阵列行方向的夹角超出预设范围的情况下，触发对所述多浮体阵列的行列重组。

19、可选地，所述电气协同控制方法还包括获取所述波浪能发电装置的水动力遮蔽系数；

20、所述水动力遮蔽系数通过以下任一方式获取：

21、通过预先标定的遮蔽系数识别方法在线识别；或，

22、通过离线水动力仿真预先计算并存储。

23、可选地，所述行间传播因子通过以下方式确定：

24、通过离线数值仿真预先标定不同波浪参数和装置间距下的所述行间传播因子并构建查找表存储；

25、在运行期间，监测所述多浮体阵列的实际总发电功率与所述预测总发电功率之间的功率偏差；

26、在所述功率偏差在连续预设数量个控制周期内均超过第一预设阈值的情况下，触发对所述行间传播因子的修正；

27、其中，对所述行间传播因子的两次修正之间的时间间隔不小于预设的最小修正间隔。

28、可选地，所述基于所述波能流密度和所述吸能效率，建立所述多浮体阵列的预测总发电功率与所述电磁阻尼之间的映射关系包括：

29、基于所述波能流密度、所述吸能效率、所述波浪能发电装置的机电转换效率以及预设的第三逻辑关系，确定该装置的预测发电功率；

30、将所述波浪能发电装置的所述预测发电功率之和作为所述多浮体阵列的预测总发电功率。

31、可选地，所述预设的约束条件至少包括：

32、所述波浪能发电装置的电磁阻尼处于预设的范围内；

33、所述预测发电功率小于或等于预设的发电功率；

34、所述浮体的运动幅值小于或等于预设的幅值；

35、后排的波浪能发电装置所接收的波浪的所述波能流密度小于或等于前一排的波浪能发电装置所接收的波浪的所述波能流密度。

36、可选地，所述在预设的约束条件下进行求解，得到多个所述波浪能发电装置的目标电磁阻尼包括：

37、所述求解采用序列二次规划求解或者分层加速求解；

38、所述分层加速求解包括：将所述多浮体阵列按列解耦为多个子问题，对各子问题分别求解后合并结果；

39、基于预先存储的最优电磁阻尼查找表，基于海况进行查表插值获得所述目标电磁阻尼。

40、可选地，所述将所述目标电磁阻尼转换为电磁转矩，并控制所述变流器执行包括：

41、将所述目标电磁阻尼转换为所述波浪能发电装置的发电机转矩给定值；

42、对所述发电机转矩给定值的变化率进行限幅控制，使所述发电机转矩给定值以不超过预设最大变化率的方式变化至目标值；

43、将所述目标值作为所述电磁转矩发送至所述变流器，并控制所述变流器执行。

44、可选地，水动力遮蔽系数的识别方法包括：

45、获取入射波浪参数以及所述波浪能发电装置的发电功率、转速和电磁阻尼，所述入射波浪参数包括入射波浪的波浪高度、波浪谱峰周期和波浪方向；

46、基于所述电磁阻尼、所述转速、所述入射波浪参数以及预设的功率函数，确定所述波浪能发电装置在无上游遮蔽条件下的参考功率；

47、其中，确定所述参考功率所用的电磁阻尼的取值，与获取所述发电功率所对应的电磁阻尼的取值相同；

48、基于所述发电功率确定所述发电装置在预设时长内的平均功率；

49、基于所述平均功率和所述参考功率的比值，确定所述波浪能发电装置的水动力遮蔽系数。

50、可选地，所述预设的功率函数的输入变量至少包括电磁阻尼、转速、波浪高度、波浪谱峰周期、波浪方向和装置状态量；

51、其中，所述装置状态量包括浮体运动姿态、系泊状态和设备健康。

52、可选地，所述预设的功率函数通过以下方式获取：

53、在数值波浪水池仿真或缩比模型试验中，对所述波浪能发电装置在多种电磁阻尼、波浪高度、波浪谱峰周期和波浪方向的组合条件下进行仿真或试验；

54、记录各组合条件下的稳态平均发电功率，以电磁阻尼、转速和波浪参数为索引、以稳态平均发电功率为值，构建多维查找表；

55、基于当前工况查表插值即可获得所述预设的功率函数。

56、可选地，所述基于所述平均功率和所述参考功率的比值，确定所述波浪能发电装置的水动力遮蔽系数包括：

57、基于所述平均功率、所述参考功率以及预设的第一公式确定归一化功率比；

58、基于所述归一化功率比和预设的第二公式确定所述水动力遮蔽系数；

59、所述第一公式为：，为所述归一化功率比，为所述平均功率，为所述参考功率；

60、所述第二公式为：，为所述水动力遮蔽系数。

61、可选地，在所述参考功率低于预设最小功率阈值的情况下，不更新所述水动力遮蔽系数并保持上一有效值；

62、所述水动力遮蔽系数被限制在第一预设幅值与第二预设幅值之间；

63、对所述水动力遮蔽系数采用指数平滑滤波进行更新。

64、可选地，所述水动力遮蔽系数的识别方法还包括：

65、引入数据质量系数用于反映数据用于所述水动力遮蔽系数识别的可信程度；

66、其中，所述数据质量系数根据以下至少一者确定：装置运行状态、参考功率水平、传感器信号信噪比和海况估计置信度；

67、在所述数据质量系数高于第二预设阈值的情况下，所述水动力遮蔽系数被允许用于下游应用。

68、可选地，基于所述波浪方向确定所述多浮体阵列的第一行，将沿波浪传播方向最先遭遇入射波的装置行定义为第一行，后续行号沿所述波浪方向依次递增；

69、在所述波浪方向与阵列行方向的夹角超出预设角度的情况下，触发行列重组，使行方向与所述波浪方向保持一致。

70、可选地，所述水动力遮蔽系数的识别方法还包括：

71、对同一行内各列装置的水动力遮蔽系数进行波向相关的横向校验：

72、基于所述波浪方向、阵列几何布局和历史统计特性建立横向基准；

73、在某列装置的水动力遮蔽系数超出预设的偏差范围的情况下，确定为异常并触发处置措施；

74、所述处置措施包括降低所述波浪能发电装置的数据质量系数、从遮蔽识别中剔除数据点或触发所述功率函数的在线校正。

75、可选地，在所述功率函数的输入参数超出预设的数据范围的情况下，采用邻域插值外推并附加保守裕量，或者切换至降级控制模式；

76、其中，所述降级控制模式包括独立最大功率点跟踪控制；

77、在所述输入参数恢复至所述预设的数据范围后，恢复遮蔽系数识别；

78、在所述波浪能发电装置处于启动、停机、限功率、故障或通信异常状态的情况下，暂停所述波浪能发电装置的水动力遮蔽系数更新并保持上一有效值。

79、本技术还提出一种波浪能发电系统，所述波浪能发电系统包括多浮体阵列；

80、所述多浮体阵列包括沿波浪传播方向排列的多个波浪能发电装置；

81、所述波浪能发电装置包括浮体、发电机、变流器和控制模块；

82、所述控制模块用于执行如上述任意一项所述的电气协同控制方法。

83、本技术还提出一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意一项所述的电气协同控制方法。

84、本技术提出一种电气协同控制方法，应用于波浪能发电系统，所述波浪能发电系统包括多浮体阵列，所述多浮体阵列包括沿波浪传播方向排列的多个波浪能发电装置，所述波浪能发电装置包括浮体、发电机、变流器和控制模块，所述电气协同控制方法包括：获取入射波浪参数以及所述波浪能发电装置的电气参数；其中，所述入射波浪参数包括波浪高度、波浪谱峰周期和波浪方向，所述电气参数包括所述波浪能发电装置的电磁阻尼和发电功率；基于所述波浪能发电装置的所述电磁阻尼，确定所述波浪能发电装置的吸能效率；对于所述多浮体阵列的第一行装置，基于所述波浪高度、所述波浪谱峰周期以及预设的第一逻辑关系确定入射波浪的波能流密度；对于第一行之后的各行装置，按照逐行递推方式确定到达该行装置的波能流密度，其中，后排装置的波能流密度等于前排装置的波能流密度乘以前排装置的波能剩余比例后再乘以预设的行间传播因子，所述波能剩余比例为一减去前排装置的所述吸能效率；基于所述波能流密度和所述吸能效率，建立所述多浮体阵列的预测总发电功率与所述电磁阻尼之间的映射关系；以所述多浮体阵列的预测总发电功率最大化为目标，以所述波浪能发电装置的电磁阻尼为优化变量，在预设的约束条件下进行求解，得到多个所述波浪能发电装置的目标电磁阻尼；将所述目标电磁阻尼转换为电磁转矩，并控制所述变流器执行。

85、相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

86、通过上述设置，考虑前排装置吸能对后排装置波浪输入的影响，建立了电磁阻尼与阵列总功率之间的映射关系，以阵列总功率最大化为统一目标进行优化，阵列各行功率从"前排高、后排低"的不均衡分布转变为较为均衡的分布，并且阵列协同控制相对于独立mppt控制可获得更高的总发电功率。