【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及温差能发电，尤其涉及一种极地水域温差能控制方法及发电装置。
技术介绍
1、在极地海域部署的海洋作业装备由于远离陆地，其供电是个急需解决的问题，为了解决极地海域设备的供电问题，提出利用北极海域冰面上冷空气与冰下海水之间的温差转化为电能，为相关设备供电。
2、现有技术中，通过转换温差进行发电的方式主要有两种：一种是利用热电器件直接将温差能转变为电能进行利用，另外一种是利用蒸汽动力循环，加热循环工质使其发生相变，变为温度和压力较高的蒸汽，蒸汽进入汽轮机或膨胀机后推动其转子旋转进而拖动发电部件发电。温差能热电转换器件普遍存在热电转换效率低、整体效率不高等问题，其热电转换效率普遍低于5%，再加上热端交换器的热能耗散损失，整个装置实际的效率很低，同时极地水域的环境变化也会使得发电装置的运行偏离设定的运行工况点，降低了装置的运行效率，例如作为冷源的低温空气，其温度变化会改变冷凝器工质侧的压降，影响膨胀机的排气背压，压降的增加会恶化膨胀机的净输出功率与系统的性能。
3、因此，急需一种极地水域温差能控制方法及发电装置，能够通过冷热源工况参数自适应地调节发电装置的运行参数，使得发电部件的净输出功率最大，提高了发电效率。
技术实现思路
1、有鉴于此，有必要提供一种极地水域温差能控制方法及发电装置，能够通过冷热源工况参数自适应地调节发电装置的运行参数，使得发电部件的净输出功率最大，提高了发电效率。
2、为了解决上述技术问题，一方面，一种极地水域温差能控制方
3、在发电装置净输出功率最大的条件下，确定不同冷热源工况的最优参数序列，所述最优参数序列包括蒸发温度设定值和冷凝温度设定值，所述蒸发温度设定值与热源工况相关，所述冷凝温度设定值与冷源工况相关；
4、以工质泵转速和膨胀机转速为输入参数，以蒸发温度和冷凝温度为输出结果，根据循环工质的压力与蒸发温度和冷凝温度的关联关系，构建mpc预测模型，其中，所述循环工质的压力由工质泵转速和膨胀机转速控制；
5、根据所述最优参数序列和mpc预测模型的输出结果构建目标函数；
6、基于mpc预测模型和目标函数，通过调整工质泵转速和膨胀机转速，对mpc预测模型进行迭代更新，确定最优工质泵转速和最优膨胀机转速；
7、根据所述最优工质泵转速和最优膨胀机转速控制发电装置的运行参数。
8、在一种可能实现的方式中，在发电装置净输出功率最大的条件下，确定不同冷热源工况的最优参数序列，包括：
9、基于最小二乘支持向量机模型，构建初始参数序列预测模型；
10、确定在不同冷热源工况参数下，发电装置净输出功率最大时的蒸发温度和冷凝温度的样本数据，生成训练样本数据；
11、根据所述训练样本数据对所述初始参数序列预测模型进行优化迭代训练，生成目标参数序列预测模型；
12、基于所述目标参数序列预测模型，根据实时冷热源工况参数，确定最优参数序列。
13、在一种可能实现的方式中，确定在不同冷热源工况参数下，发电装置净输出功率最大时的蒸发温度和冷凝温度的样本数据，生成训练样本数据，包括：
14、基于有机朗肯循环仿真模型，构建温差能发电仿真模型；
15、基于所述温差能发电仿真模型，确定不同冷热源工况参数下仿真模型的净输出功率，并生成净输出功率随蒸发温度和冷凝温度的变化趋势图；
16、根据所述变换趋势图，确定净输出功率最大时的蒸发温度约束区间和冷凝温度约束区间；
17、基于优化算法，在净输出功率最大的条件下，根据蒸发温度约束区间和冷凝温度约束区间确定最优蒸发温度和冷凝温度；
18、重复仿真和优化过程，计算在不同冷热源工况参数下对应的最优蒸发温度和最优冷凝温度的样本数据，生成训练样本数据。
19、在一种可能实现的方式中，以工质泵转速和膨胀机转速为输入参数，以蒸发温度和冷凝温度为输出结果，根据循环工质的压力与蒸发温度和冷凝温度的关联关系，构建mpc预测模型，包括：
20、设定工质泵转速和膨胀机转速为mpc预测模型的输入变量，设定未来时域的蒸发温度预测参数和冷凝温度预测参数为mpc预测模型的输出变量；
21、根据发电装置中循环工质的压力与蒸发温度和冷凝温度的关联关系以及输入输出变量构建仿真动态模型；
22、将所述仿真动态模型转换为状态空间方程；
23、根据所述状态空间方程和优化约束条件构建mpc预测模型。
24、在一种可能实现的方式中，根据所述最优参数序列和mpc预测模型的输出结果构建目标函数，所述目标函数的计算公式为：
25、
26、其中，为目标函数值，为mpc预测模型第k步的预测输出结果，为最优参数，为将进行矩阵转置，为第k步的控制输入，和为权重矩阵，用于权衡输出跟踪误差和控制能量消耗，为预测时域，决定控制部件向前看的时间长度，为控制时域，决定控制部件实际应用控制动作的时间长度，为将进行矩阵转置。
27、在一种可能实现的方式中，基于mpc预测模型和目标函数，通过调整工质泵转速和膨胀机转速，对mpc预测模型进行迭代更新，确定最优工质泵转速和最优膨胀机转速，包括：
28、根据所述目标函数和mpc预测模型的状态空间方程设定mpc控制模型输入和输出的优化约束条件；
29、基于所述mpc预测模型，根据当前工质泵转速和膨胀机转速输出预测温度序列，所述预测温度序列包括蒸发温度预测参数和冷凝温度预测参数；
30、基于目标函数，计算所述预测温度序列与所述最优参数序列之间的目标函数值；
31、基于所述目标函数值和优化约束条件，调整mpc预测模型的输入参数，重复对mpc预测模型进行迭代更新，根据预设阈值，确定最优工质泵转速和最优膨胀机转速。
32、在一种可能实现的方式中，根据所述目标函数和mpc预测模型的状态空间方程设定mpc控制模型输入和输出的优化约束条件，包括：
33、将所述目标函数最小化设为优化问题；
34、根据所述mpc控制模型状态空间矩阵中的状态向量、输入向量以及输出向量，确定约束条件，确定约束条件；
35、所述优化问题和约束条件组成优化约束条件。
36、在一种可能实现的方式中，重复对mpc预测模型进行迭代更新，根据预设阈值，确定最优工质泵转速和最优膨胀机转速，包括：
37、计算mpc预测模型每次迭代的输出结果与最优参数序列之间的目标函数值；
38、根据所述目标函数值与预设阈值的比较结果以及最大迭代次数限制，确定mpc预测模型的最优输出结果；
39、mpc预测模型的最优输出结果对应的输入参数即为最优工质泵转速和最优膨胀机转速。
40、第二方面，本专利技术还提供了一种极地水域温差能发电装置，所述发电装置包括控制部件本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种极地水域温差能控制方法，应用于极地水域温差能发电装置上，其特征在于，所述控制方法包括：
2.根据权利要求1所述的极地水域温差能控制方法，其特征在于，在发电装置净输出功率最大的条件下，确定不同冷热源工况的最优参数序列，包括：
3.根据权利要求2所述的极地水域温差能控制方法，其特征在于，确定在不同冷热源工况参数下，发电装置净输出功率最大时的蒸发温度和冷凝温度的样本数据，生成训练样本数据，包括：
4.根据权利要求1所述的极地水域温差能控制方法，其特征在于，以工质泵转速和膨胀机转速为输入参数，以蒸发温度和冷凝温度为输出结果，根据循环工质的压力与蒸发温度和冷凝温度的关联关系，构建MPC预测模型，包括：
5.根据权利要求4所述的极地水域温差能控制方法，其特征在于，根据所述最优参数序列和MPC预测模型的输出结果构建目标函数，所述目标函数的计算公式为：
6.根据权利要求5所述的极地水域温差能控制方法，其特征在于，基于MPC预测模型和目标函数，通过调整工质泵转速和膨胀机转速，对MPC预测模型进行迭代更新，确定最优工质泵转速和最优膨
7.根据权利要求6所述的极地水域温差能控制方法，其特征在于，根据所述目标函数和MPC预测模型的状态空间方程设定MPC控制模型输入和输出的优化约束条件，包括：
8.根据权利要求6所述的极地水域温差能控制方法，其特征在于，重复对MPC预测模型进行迭代更新，根据预设阈值，确定最优工质泵转速和最优膨胀机转速，包括：
9.一种极地水域温差能发电装置，所述发电装置包括控制部件和发电组件，所述控制部件上存储有计算机程序，所述计算机程序用于实现如权利要求1至8中任一项所述极地水域温差能控制方法的步骤，所述极地水域包括自下而上相互接触的深水层、冰层以及空气层，其特征在于，所述发电组件包括：热源装置、冷源装置、回热器以及发电部件；
10.根据权利要求1所述的极地水域温差能发电装置，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种极地水域温差能控制方法，应用于极地水域温差能发电装置上，其特征在于，所述控制方法包括：
2.根据权利要求1所述的极地水域温差能控制方法，其特征在于，在发电装置净输出功率最大的条件下，确定不同冷热源工况的最优参数序列，包括：
3.根据权利要求2所述的极地水域温差能控制方法，其特征在于，确定在不同冷热源工况参数下，发电装置净输出功率最大时的蒸发温度和冷凝温度的样本数据，生成训练样本数据，包括：
4.根据权利要求1所述的极地水域温差能控制方法，其特征在于，以工质泵转速和膨胀机转速为输入参数，以蒸发温度和冷凝温度为输出结果，根据循环工质的压力与蒸发温度和冷凝温度的关联关系，构建mpc预测模型，包括：
5.根据权利要求4所述的极地水域温差能控制方法，其特征在于，根据所述最优参数序列和mpc预测模型的输出结果构建目标函数，所述目标函数的计算公式为：
6.根据权利要求5所述的极地水域温差能控制方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：王建军，张伟杰，柳志伟，覃吕娜，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。