[發明專利]一種波浪能轉換裝置的最大能量輸出控制方法及系統

有效

• 申請號: 202110650225.1
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113221387B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 王振春;欒鋒
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/16;G06F17/15;G06F119/12;G06F119/14;G06F111/10
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 楊媛媛

本發明公開一種波浪能轉換裝置的最大能量輸出控制方法及系統，方法包括：通過模型預測設定時間段內各個時刻浮子在垂直方向上的速度和坐標位置，得到速度序列和坐標位置序列；基于速度和坐標位置序列求解目標函數，得到控制序列；實時計算控制序列中各控制力的補償值；保存控制序列中前nl個控制力，依次將對應的補償值分別加到前nl個控制力上，得到補償后的前nl個控制力，并依次按補償后的前nl個控制力控制裝置，直至達到設定時刻；將設定時刻的裝置和波浪狀態輸入模型中，預測nl控制力后設定時間段內各個時刻浮子在垂直方向上的速度和坐標位置，更新速度和坐標位置序列。本發明能夠提高控制精度，降低應用對處理器的計算負擔。

技術領域

本發明涉及新能源技術領域，特別是涉及一種波浪能轉換裝置的最大能量輸出控制方法及系統。

背景技術

波浪能是一種清潔的可再生能源，具有儲量巨大、分布廣、能量集中的特點。近年來，大量的波浪能轉換裝置被發明出來，各種控制方法在波浪能轉換裝置上的應用也逐步深入。波浪能發電技術存在兩個關鍵問題需要解決，一是在海洋環境中保持安全運行，降低被破壞的風險；二是提高波浪能轉換裝置的能量轉換效率。對波浪能轉換裝置采取高效可靠的控制方法，是提高波浪能轉換效率的有效途徑。

模型預測控制可以處理波浪能轉換裝置的物理約束，提高裝置在海洋環境中工作的安全性與能量轉換效率。但模型預測控制在波浪能轉換裝置上應用存在模型失配和計算負擔這兩個問題。例如，將模型預測控制應用于波浪能轉換裝置以實現波浪能轉換裝置的最大能量輸出控制時，就存在著模型失配問題和應用時的計算負擔問題。因此，如何有效地處理模型預測控制應用于波浪能轉換裝置以實現波浪能轉換裝置的最大能量輸出控制時存在的模型失配現象，從而提高控制精度，并且降低應用對處理器的計算負擔成為本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種波浪能轉換裝置的最大能量輸出控制方法及系統，能夠提高波浪能轉換裝置的最大能量輸出控制精度，并且降低處理器的計算負擔。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種波浪能轉換裝置的最大能量輸出控制方法，所述方法包括：

步驟S1：對波浪能轉換裝置進行受力分析，建立離散狀態空間表達式作為模型；

步驟S2：將當前時刻波浪能轉換裝置的狀態和波浪狀態輸入所述模型中，預測設定時間段內各個時刻浮子在垂直方向上的速度和坐標位置，得到速度序列和坐標位置序列；

步驟S3：以能量最大化為目標建立目標函數；

步驟S4：將所述速度序列和所述坐標位置序列代入所述目標函數中，求解所述目標函數，得到波浪能轉換裝置的控制序列；所述控制序列包括設定時間段內各個時刻的控制力；

步驟S5：實時計算當前時刻波浪能轉換裝置的實際速度與所述速度序列中當前時刻的速度的誤差，基于滑模控制計算所述控制序列中各控制力的補償值；

步驟S6：保存所述控制序列中前nl個控制力，依次將對應的補償值分別加到前nl個控制力上，得到補償后的前nl個控制力，并依次按補償后的前nl個控制力分別控制波浪能轉換裝置的最大能量輸出，直至達到設定時刻時，執行“步驟S7”；nl為大于1的正整數；

步驟S7：將設定時刻波浪能轉換裝置的狀態和波浪狀態輸入所述模型中，預測nl控制力后設定時間段內各個時刻浮子在垂直方向上的速度和坐標位置，更新所述速度序列和所述坐標位置序列，返回到“步驟S4”。

可選地，所述對波浪能轉換裝置進行受力分析，建立離散狀態空間表達式作為模型，具體包括：