一种波浪能发电平台调控方法及装置

技术领域

本申请涉及波浪能发电技术领域，尤其涉及一种波浪能发电平台调控方法及装置。

背景技术

随着产业结构和能源结构调整，促进新能源和清洁能源高速发展，其中由于海洋波浪中蕴藏着巨大的动能和势能，因此我国已将波浪能发电作为解决未来能源问题的重要一环。

由于波浪能发电装置发电功率的不断扩大，且集成的功能越来越完善，其内部的电能负荷也随之增加且多样，而且波浪能发电装置一般位于深远海域，多变的海洋气候直接影响波浪能发电功率，导致其发电具有间歇性、波动性，且需要与其它的辅助发电设备协调发电，导致发电调控难度大，容易出现发电过量或发电不足的情况，影响波浪能发电平台的正常生产与平台上工作人员的电力需求。

发明内容

本申请提供了一种波浪能发电平台调控方法及装置，用于解决现有的波浪能发电平台调控难度大，电力波动的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请第一方面提供了一种波浪能发电平台调控方法，包括：

采集海上环境数据；

根据所述波浪能发电平台包含的电力设备，结合所述海上环境数据，

构建能量优化模型，所述能量优化模型用于根据最小化系统运行成本、最小化碳排放以及最大化清洁能源消纳的优化目标函数，对所述波浪能发电平台进行调控优化；根据所述各个电力设备的设备参数，确定所述能量优化模型的约束条件关系式；

根据所述能量优化模型和所述约束条件关系式，对所述能量优化模型进行求解，根据求解结果，确定所述波浪能发电平台的调控优化方案。

优选地，所述海上环境数据具体包括：光照辐射度、环境温度、风速、波浪周期、波浪高度以及海水密度。

优选地，所述电力设备包括：波浪能发电设备、光伏发电设备、化石燃料发电设备、储能设备、海水淡化设备、压载系统设备、船上用电负荷设备以及外部电网。

优选地，所述能量优化模型的优化目标函数具体为：

minC＝C

式中，C

优选地，所述约束条件关系式具体包括：波浪能发电机组输出功率的上下限约束、光伏发电输出功率的上下限约束、化石燃料发电输出功率的上下限约束、化石燃料发电输出功率的爬坡约束、蓄电池充放电功率约束、蓄电池储存容量约束、海水淡化设备的功率上下限约束、淡水储存容量上下限约束、压载系统设备备用电力的功率上下限约束、压载系统设备备用电力的容量上下限约束以及总系统功率平衡约束。

同时，本申请第二方面还提供了一种波浪能发电平台调控装置，包括：

环境数据采集单元，用于采集海上环境数据；

优化模型构建单元，用于根据所述波浪能发电平台包含的电力设备，结合所述海上环境数据，构建能量优化模型，所述能量优化模型用于根据最小化系统运行成本、最小化碳排放以及最大化清洁能源消纳的优化目标函数，对所述波浪能发电平台进行调控优化；

约束条件确定单元，用于根据所述各个电力设备的设备参数，确定所述能量优化模型的约束条件关系式；

调控方案确定单元，用于根据所述能量优化模型和所述约束条件关系式，对所述能量优化模型进行求解，根据求解结果，确定所述波浪能发电平台的调控优化方案。

优选地，所述海上环境数据具体包括：光照辐射度、环境温度、风速、波浪周期、波浪高度以及海水密度。

优选地，所述电力设备包括：波浪能发电设备、光伏发电设备、化石燃料发电设备、储能设备、海水淡化设备、压载系统设备、船上用电负荷设备以及外部电网。

优选地，所述能量优化模型的优化目标函数具体为：

min C＝C

式中，C

优选地，所述约束条件关系式具体包括：波浪能发电机组输出功率的上下限约束、光伏发电输出功率的上下限约束、化石燃料发电输出功率的上下限约束、化石燃料发电输出功率的爬坡约束、蓄电池充放电功率约束、蓄电池储存容量约束、海水淡化设备的功率上下限约束、淡水储存容量上下限约束、压载系统设备备用电力的功率上下限约束、压载系统设备备用电力的容量上下限约束以及总系统功率平衡约束。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供的根据半潜式波浪能发电平台的电力设备的运行模式，结合采集到海上环境数据，计算各个电力设备的运行成本数据，然后将半潜式波浪能发电装置作为主体，结合运行成本数据构建最小化系统运行成本、最小化碳排放以及最大化清洁能源消纳的能量优化模型以及优化模型的约束条件关系式，最后，通过对能量优化模型进行求解，根据求解结果，获得更符合当前海洋环境变化和波浪能发电平台上工作人员需求的最优调控方案，不但解决了现有波浪能发电平台电力波动的技术问题，而且进一步降低波浪能发电的运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请提供的一种波浪能发电平台调控方法的一个实施例的流程示意图。

图2为本申请提供的半潜式波浪能发电平台能量体系结构示意图。

图3为本申请提供的一种波浪能发电平台调控装置的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种波浪能发电平台调控方法及装置，用于解决现有的波浪能发电平台调控难度大，电力波动的技术问题。

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

首先是本申请提供的一种波浪能发电平台调控方法实施例的详细说明，具体如下：

请参阅图1，本实施例提供的一种波浪能发电平台调控方法，包括：

步骤101、采集海上环境数据。

需要说明的是，本实施例提供的技术方案首先，可以按照预设的时间尺度触发的定时采集或根据即时指令触发的实时采集的方式，采集波浪能发电平台所在区域的海上环境数据。

其中，采集的海上环境数据可以包括：t时刻光照辐射度F

接着，根据波浪能发电平台包含的电力设备，如图2所示，本实施例中提及的波浪能发电设备、光伏发电设备等发电设备以及海水淡化设备、船上负荷以及外部电网等用电设备。

步骤102、根据波浪能发电平台包含的电力设备，结合海上环境数据，构建包含有最小化系统运行成本、最小化碳排放以及最大化清洁能源消纳的优化目标函数的能量优化模型。

更具体地，本实施例构建的能量优化模型，以最小化系统运行成本和碳排放、最大化清洁能源消纳构建半潜式波浪能发电平台的能量优化目标函数，主要包括：波浪能发电运行成本C

minC＝C

波浪能发电运行成本C

式中：L为波浪能发电机总数；T为总调控时段；

光伏发电运行成本C

式中：E为光伏发电总数；

光伏发电弃光惩罚成本C

式中：

化石燃料发电机运行成本C

式中：M为化石燃料发电机的总数；

化石燃料发电机启停成本C

式中：

化石燃料发电机碳排放惩罚成本C

式中：δ

蓄电池充放电成本C

式中：N为蓄电池的总数；

海水淡化成本C

式中：α

压载系统所需备用电能成本C

式中：α

通过海底电缆向主网传输的电能收益C

式中：

步骤104、根据各个电力设备的设备参数，确定能量优化模型的约束条件关系式。

再接着，根据上述半潜式波浪能发电平台包含的电力设备的设备参数，建立能量优化模型的约束条件，主要考虑波能量发电机组输出功率的上下限约束、光伏发电输出功率的上下限约束、化石发电机输出功率的上下限约束、化石燃料发电输出功率的爬坡约束、蓄电池充放电功率约束、蓄电池储存容量约束、海水淡化设备的功率上下限约束、淡水储存容量上下限约束、压载系统设备备用电力的功率上下限约束、压载系统设备备用电力的容量上下限约束、系统功率平衡约束。

波浪能发电主要考虑输出功率的上下限约束，公式如下所示：

式中：

光伏发电主要考虑输出功率的上下限约束，公式如下所示：

式中：

化石燃料发电机主要考虑输出功率的上下限约束如公式(16)，爬坡约束如公式(17)所示：

式中：

蓄电池充放电功率约束如公式(18)，蓄电池储存容量约束如公式(19)所示：

式中：

海水淡化设备主要考虑设备负荷功率的上下限约束如公式(20)，净化后的淡水储存容量上下限约束如公式(21)所示：

式中：

波浪能发电平台的下潜和上浮主要由压载系统实现，通过向船体注水和排水使船体下潜和上浮，以此应对海上多变的恶劣天气。传统方法主要利用应急发电系统实现上述功能，即由化石燃料发电机提供电力，而本发明方法通过能量优化调控，可利用清洁能源完成上述功能，避免一出现天气变化就使用化石燃料发电机情况。因此需要为压载系统提供备用的电力

式中：P

系统功率平衡约束为波浪能发电输出功率，光伏发电输出功率，化石燃料发电机输出功率，蓄电池充放电功率，与船上用电负荷的等式约束，公式如下所示：

式中：U为船体上常规电负荷总数；

步骤105、根据能量优化模型和约束条件关系式，对能量优化模型进行求解，根据求解结果，确定波浪能发电平台的调控优化方案。

最后，上述基于半潜式波浪能发电平台建立的能量优化模型为混合整合线性规模模型，目标函数建立详见公式(1)-(13)，模型约束条件详见公式(14)-(24)，可用求解工具包括但不限于CPLEX、GUROBI，或启发式算法包括但不限于遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等，对此优化问题进行求解，从而获得最优的结果。

本实施例提供的一种波浪能发电平台调控方法，与现有针对海岛微网的波浪能发电和舰船能量的优化调控相比，本实施例的方案根据半潜式波浪能发电平台用电模式，构建了半潜式波浪能发电船体优先利用清洁能源电力供电的用电策略，在满足船体自给供电的条件下，将清洁能源产生的多余电能通过海底电缆汇入主网。此方法能够有效的调控了半潜式波浪能发电船体上能量的产生与利用，缓解了波浪能发电和光伏发电间歇性、波动性对船体供电稳定性的影响；通过能量优化调控利用清洁能源电力实现波浪能发电平台的下潜和上浮，根据清洁能源发电的情况对压载系统实施不同的供电方案，避免一旦海上天气变化就启动应急发电系统，即利用化石燃料发电机对压载系统供电的方案，进一步提高了船体清洁能源的自给率；建立半潜式波浪能发电平台的能量优化调控模型，针对该模型利用CPLEX、GUROBI、启发式算法等手段求解获得最优的调控方案，在保证波浪能发电平台安全稳定运行的前提下，既可进一步降低波浪能发电的运行成本，提高系统运行的经济性，又可减少系统运行过程中产生的二氧化碳的排放量。

以上为本申请提供的一种波浪能发电平台调控方法的具体实施例的详细说明，下面为本申请提供的一种波浪能发电平台调控装置的实施例的详细说明。

请参阅图3，本实施例提供的一种波浪能发电平台调控装置，包括：

环境数据采集单元201，用于采集海上环境数据；

优化模型构建单元202，用于根据波浪能发电平台包含的电力设备，结合所述海上环境数据，构建相应的能量优化模型，最小化系统运行成本、最小化碳排放以及最大化清洁能源消纳的优化目标函数，对波浪能发电平台进行调控优化；

约束条件确定单元203，用于根据各个电力设备的设备参数，确定能量优化模型的约束条件关系式；

调控方案确定单元204，用于根据能量优化模型和约束条件关系式，对能量优化模型进行求解，根据求解结果，确定波浪能发电平台的调控优化方案。

进一步地，海上环境数据具体包括：光照辐射度、环境温度、风速、波浪周期、波浪高度以及海水密度。

进一步地，电力设备包括：波浪能发电设备、光伏发电设备、化石燃料发电设备、储能设备、海水淡化设备、压载系统设备、船上用电负荷设备以及外部电网。

进一步地，能量优化模型的优化目标函数具体为：

minC＝C

式中，C

进一步地，约束条件关系式具体包括：波浪能发电机组输出功率的上下限约束、光伏发电输出功率的上下限约束、化石燃料发电输出功率的上下限约束、化石燃料发电输出功率的爬坡约束、蓄电池充放电功率约束、蓄电池储存容量约束、海水淡化设备的功率上下限约束、淡水储存容量上下限约束、压载系统设备备用电力的功率上下限约束、压载系统设备备用电力的容量上下限约束以及总系统功率平衡约束。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。