[发明专利]波浪能独立发电系统容量规划方法

说明书

本发明公开了一种波浪能独立发电系统容量规划方法，利用设计海域的海况统计资料以及波浪能发电装置模型样机的模型幅值响应算子RAO_m和模型俘获宽度比CWR_m，计算波浪能发电装置的瞬时发电功率的时域曲线，并基于瞬时发电功率的时域曲线和瞬时负载功率的时域曲线，以最小化波浪能发电装置和蓄电池的总建造成本C为目标，规划波浪能发电装置的迎波面宽度b和额定发电功率P_{w_rate}以及蓄电池的额定容量E_{b_rate}。该方法综合考虑实际的负载用电需求、设计海域海况和模型特性参数，统一规划波浪能发电装置和蓄电池的容量，使得规划结果既能满足经济性要求，又能保证供电可靠性要求。

技术领域

本发明属于波浪能发电领域，具体涉及一种波浪能独立发电系统容量规划方法。

背景技术

海上设备尤其是海洋浮标的供电系统本质上是一套独立发电系统。该系统结构上一般包括直流母线、发电单元、蓄电池、交直流负载和一系列用于功率变换的电力电子元件。如果海洋浮标仅利用波浪能发电，那么该系统又可以称为波浪能独立发电系统。波浪能独立发电系统的特征在于发电单元仅为波浪能发电装置。

在已知交直流负载的前提下，建造小型波浪能独立发电系统的成本主要来自于波浪能发电装置以及蓄电池。因此其设计和应用之初，必须先根据交直流负载的用电需求和设计海域的波浪能资源状况，统一规划波浪能发电装置和蓄电池的容量，以便既能满足交直流负载的供电可靠性，又能保证系统建造的低成本。然而，目前还少有相关文献对该统一规划的过程进行详细说明。比如，文献《Dimensioning methodology for energy storagedevices and wave energy converters supplying isolated loads》(《IET RenewablePower Generation》，2016 年，第10卷，第10期，1468-1476页)仅仅是先通过多目标优化波浪能发电装置的配置，然后在此基础上由发电功率和负载功率的差值估算所需要的蓄电池容量，并未开展统一的容量规划。

发明内容

本发明的目的是提供一种波浪能独立发电系统容量规划方法，该方法综合考虑实际的负载用电需求、设计海域海况和模型特性参数，统一规划波浪能发电装置和蓄电池的容量，使得规划结果既能满足经济性要求，又能保证供电可靠性要求。

本发明所采用的技术方案是：

一种波浪能独立发电系统容量规划方法，利用设计海域的海况统计资料(或称为海况统计表)以及波浪能发电装置模型样机的模型幅值响应算子RAO_m和模型俘获宽度比CWR_m，计算波浪能发电装置的瞬时发电功率的时域曲线，并基于瞬时发电功率的时域曲线和瞬时负载功率的时域曲线(或称为负荷曲线)，以最小化波浪能发电装置和蓄电池的总建造成本 C为目标，规划波浪能发电装置的迎波面宽度b和额定发电功率P_{w_rate}以及蓄电池的额定容量E_{b_rate}。

进一步地，上述方法具体包括以下16个步骤：

S1、根据设计海域海况统计表中的各海况发生频率，随机抽取海况仿真连续不规则波时域波形，仿真时长近似为波浪能独立发电系统的运行寿命；

S2、根据上跨零点划分波浪序列，分解出若干个单波，单波数记为m；

S3、设置N组波浪能发电装置的迎波面宽度b和额定发电功率P_{w_rate}；

S4、令n＝1，i＝1；

S5、搜索第n组b和P_{w_rate}；

S6、统计第i个单波的波高H_i和周期T_i；