CN113864114B - 半潜漂浮式风机协调控制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

半潜漂浮式风机协调控制方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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CN113864114B CN202111220151.4A CN202111220151A CN113864114B CN 113864114 B CN113864114 B CN 113864114B CN 202111220151 A CN202111220151 A CN 202111220151A CN 113864114 B CN113864114 B CN 113864114B
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Abstract

本申请提供了一种半潜漂浮式风机协调控制方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：获取当前时刻的目标半潜漂浮式风机的状态数据、环境数据；获取当前环境数据的模型参数，模型参数用于描述环境数据对半潜漂浮式风机的数值影响；根据状态数据、环境数据以及模型参数，预测半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移；根据预测的输出功率和塔顶前后位移，控制半潜漂浮式风机工作。通过本申请的方式，能够通过预测输出功率和塔顶前后位移，对半潜漂浮式风机进行控制，增加了灵活性，减少了变桨的次数，避免变桨执行器的电机发热量增加，进而不需要附加散热装置，减少了成本。

Description

半潜漂浮式风机协调控制方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及半潜漂浮式风机领域，具体而言，涉及一种半潜漂浮式风机协调控制方法、装置及存储介质。
背景技术
由于海上丰富的风能资源，海上漂浮式风机发展迅速，海上漂浮式风机的发展重点在于减小机械载荷。
现有技术中，在平台或机舱位置放置谐调质量阻尼器、优化漂浮平台结构与系泊系统两种减小机械载荷控制采用物理改造，导致现场实施和修改起来十分不便，独立变桨控制策略是在统一的变桨指令的基础上，给每个叶片叠加一个独立的变桨指令，来减小机械载荷，但是给每个叶片叠加一个独立的变桨指令，就会增加变桨执行器的变桨次数，这导致了变桨执行器的电机发热量增加，就需要附加散热装置，增加了成本。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种半潜漂浮式风机协调控制方法、装置、设备及存储介质，能够预测输出功率和塔顶前后位移，对半潜漂浮式风机进行控制，减少了变桨的次数，避免变桨执行器的电机发热量增加，进而不需要附加散热装置，减少了成本。
第一方面，本申请实施例提供了一种半潜漂浮式风机协调控制方法，该方法包括：
获取当前时刻的目标半潜漂浮式风机的状态数据、环境数据，状态数据包括叶片转速、塔顶前后位移、桨距角、电磁转矩；
获取当前环境数据的模型参数，模型参数用于描述环境数据对半潜漂浮式风机的数值影响；
根据状态数据、环境数据以及模型参数，预测半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移；
根据预测的输出功率和塔顶前后位移，控制半潜漂浮式风机工作。
在一种可能的实施方式中，获取当前环境数据的模型参数之前，还包括：
获取在不同环境数据下，符合预置条件的目标半潜漂浮式风机的历史状态数据、环境数据，历史状态数据包括塔顶前后位移ξ，塔筒弯矩M，气动转矩Tr，环境数据包括波浪高度Hs和风速vw；
根据不同环境数据下，符合预置条件的目标半潜漂浮式风机的历史状态数据、环境数据，计算在不同环境数据下对应的模型参数，模型参数包括辨识参数和线性化参数。
在一种可能的实施方式中，根据不同环境数据下，符合预置条件的目标半潜漂浮式风机的历史状态数据、环境数据，计算在不同环境数据下对应的模型参数，包括：
计算塔顶前后位移ξ对塔筒弯矩M的辨识比例KM；
其中，
Figure BDA0003312291300000021
KM为塔顶前后位移ξ对塔筒弯矩M的增益，s为复频域变量，εt为时间常数；
计算气动转矩Tr对波浪高度Hs的辨识比例KT；
其中，
Figure BDA0003312291300000022
KT为气动转矩Tr对波浪高度Hs的增益；
计算塔筒弯矩M对波浪高度Hs的辨识比例KB；
其中，
Figure BDA0003312291300000023
KB为塔筒弯矩M对波浪高度Hs的增益；
辨识参数包括KM、KT、KB；
线性化参数包括KTω，KTβ，KTv，KMβ，KMv；
其中，
Figure BDA0003312291300000031
βp为桨距角，ωr为叶片转速。
在一种可能的实施方式中，根据状态数据、环境数据以及模型参数，预测半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移之前，该方法还包括：
根据模型参数和状态空间表达式
Figure BDA0003312291300000032
得到以下线性化公式：
Figure BDA0003312291300000033
Figure BDA0003312291300000034
Figure BDA0003312291300000035
Figure BDA0003312291300000036
δPg＝η(Trefδωr+ωrefδTg)；
其中，历史状态数据x＝[ωr,ξt,βp,Tg]T分别为叶片转速、塔顶前后位移、桨距角、电磁转矩，历史控制输入量uc＝[βpr,Tgr]T分别为桨距角参考值、电磁转矩参考值，历史环境数据ud＝[Vw,Hs]T分别为风速和波浪高度，输出量y＝[Pg,ξt]T分别为输出功率和塔顶前后位移；
Bdamp为传动轴阻尼系数，Ng为齿轮箱增速比，Jr为叶片转动惯量，Jg为发电机转动惯量，τβ为桨距角惯性时间常数，τg为电磁转矩惯性时间常数，η为发电效率，Tref为额定电磁转矩，ωref为额定发电机转速，A、Bc、Bd、C为系数矩阵；
根据线性化公式和状态空间表达式，得到系数矩阵A、系数矩阵Bc、系数矩阵Bd、系数矩阵C；
其中，
Figure BDA0003312291300000041
Figure BDA0003312291300000042
在一种可能的实施方式中，根据状态数据、环境数据以及模型参数，预测半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移，包括：
根据状态空间表达式、系数矩阵，得到以下控制模型：
Figure BDA0003312291300000043
其中，系数矩阵Bc和系数矩阵Bd合并为B，将δuc和δud合并为δu，δu＝[δβpr,δTgr,δvw,δHs]T，μ为控制量；
将控制模型进行离散化处理，得到离散状态空间表达式：
Figure BDA0003312291300000044
其中，G(T)＝eAT，
Figure BDA0003312291300000045
K为当前时刻，K+1为下一时刻，T为采样时间；
根据状态数据、环境数据、模型参数和离散状态空间表达式，分别预测控制量对应的半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移。
在一种可能的实施方式中，根据预测的输出功率和塔顶前后位移，控制半潜漂浮式风机工作，包括：
分别将控制量、以及控制量对应的半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移，代入价值函数，计算价值参数J；
价值函数：
Figure BDA0003312291300000046
其中，Q1，Q2分别为半潜漂浮式风机输出和控制输出权重系数矩阵，μmax为控制输出允许最大值的向量，δμmax为单步允许最大控制输出的向量，N为预测时域；
根据最小的价值参数J对应的控制量中的控制输入量，控制半潜漂浮式风机工作。
第二方面，本申请实施例还提供了一种半潜漂浮式风机协调控制装置，该装置包括：
第一获取模块：用于获取当前时刻的目标半潜漂浮式风机的状态数据、环境数据，状态数据包括叶片转速、塔顶前后位移、桨距角、电磁转矩；
第二获取模块：用于获取当前环境数据的模型参数，模型参数用于描述环境数据对半潜漂浮式风机的数值影响；
预测模块：用于根据状态数据、环境数据以及模型参数，预测半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移；
控制模块：用于根据预测的输出功率和塔顶前后位移，控制半潜漂浮式风机工作。
进一步地，第二获取模块，具体用于获取在不同环境数据下，符合预置条件的目标半潜漂浮式风机的历史状态数据、环境数据，历史状态数据包括塔顶前后位移ξ，塔筒弯矩M，气动转矩Tr，环境数据包括波浪高度Hs和风速Vw；根据不同环境数据下，符合预置条件的目标半潜漂浮式风机的历史状态数据、环境数据，计算在不同环境数据下对应的模型参数，模型参数包括辨识参数和线性化参数。
第三方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括：处理器、存储介质和总线，存储介质存储有处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，处理器与存储介质之间通过总线通信，处理器执行机器可读指令，以执行如第一方面任一项方法的步骤。
第四方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行如第一方面任一项方法的步骤。
本申请提供了一种半潜漂浮式风机协调控制方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：获取当前时刻的目标半潜漂浮式风机的状态数据、环境数据；获取当前环境数据的模型参数，模型参数用于描述环境数据对半潜漂浮式风机的数值影响；根据状态数据、环境数据以及模型参数，预测半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移；根据预测的输出功率和塔顶前后位移，控制半潜漂浮式风机工作。通过本申请的方式，能够预测输出功率和塔顶前后位移，对半潜漂浮式风机进行控制，增加了灵活性，减少了变桨的次数，避免变桨执行器的电机发热量增加，进而不需要附加散热装置，减少了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本申请实施例提供的一种半潜漂浮式风机协调控制方法的流程图；
图2示出了本申请实施例提供的目标半潜漂浮式风机随时间变化的各状态数据曲线图；
图3示出了本申请实施例与高保真模型FAST的对比图；
图4示出了本申请实施例提供的另一种半潜漂浮式风机协调控制方法的流程图；
图5示出了本申请实施例提供的一种半潜漂浮式风机协调控装置的结构示意图；
图6示出了本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，应当理解，本申请中附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请的一些实施例实现的操作。应该理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。
另外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了使得本领域技术人员能够使用本申请内容，结合特定应用场景“半潜漂浮式风机领域”，给出以下实施方式。对于本领域技术人员来说，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用场景。虽然本申请主要围绕“半潜漂浮式风机领域”进行描述，但是应该理解，这仅是一个示例性实施例。
需要说明的是，本申请实施例中将会用到术语“包括”，用于指出其后所声明的特征的存在，但并不排除增加其它的特征。
在实施本申请实施例提供的方案之前，需要建立半潜漂浮式风机模型，该半潜漂浮式风机模型包括：风力发电机模型和环境载荷。
进一步地，风力发电机模型，包括气动模型、传动模型、变桨模型和发电机模型。
具体地，气动模型，风机的气动系统是风机捕获风能的关键，根据贝茨理论，风机捕获到的转子气动功率和气动转矩为：
Figure BDA0003312291300000081
其中，ρa为空气密度，R为风力机叶片半径，vw为经过轮毂处的平均风速；CP(λ,β)为叶片功率系数，βp为桨距角，λ为叶尖速比，叶尖速比可以被计算为ωr/vw，ωr为叶片转速。
具体地，传动模型，本申请实施例中的风机传动系统使用单质量模块，其动态方程如下所示：
Figure BDA0003312291300000082
其中，J为等效的转动惯量，Ng为齿轮箱增速比，Tg为发电机电磁转矩，Bdamp为传动轴阻尼系数，Jr为叶片转子的转动惯量，Jg为发电机的转动惯量。
具体地，变桨模型，将变桨执行机构建模成带有限幅和限速的一阶惯性环节，动态方程可以表示为：
Figure BDA0003312291300000083
其中，βr为桨距角的参考值，τβ为桨距角执行器的惯性时间常数，βmin为桨距角的下限，βmax为桨距角的上限，εβ为桨距角变化速率常数。
具体地，发电机模型，将发电机转矩建模成带有限幅和限速的一阶惯性环节，动态方程可以表示为：
Figure BDA0003312291300000091
其中，Tgr为电磁转矩的参考值，τg为电磁转矩的惯性时间常数，Tmin为电磁转矩的下限，Tmax为电磁转矩的上限，εg为电磁转矩变化速率常数。
进一步地，环境载荷包括风载荷和波浪载荷。
具体地，风载荷，风载荷是研究半潜漂浮式风机过程中必须考虑的环境载荷之一，主要表现为半潜漂浮式风机收到与海平面平行的风压作用，风压由空气流动的动能转变而来，并随距离海平面的高度的增加而增大，故半潜漂浮式风机受风载荷作用力计算如下：
Figure BDA0003312291300000092
Figure BDA0003312291300000093
其中，Cw(α)为风力系数，Cs为受风物体形状系数，Ch为风压沿高度变化的系数，Sk(α)为受风物体元素k在风向上的投影面积，n为受风物体元素总数，Fwind为作用在受风物体上的风力，vm为平均风速。
具体地，波浪载荷，海上波浪对半潜漂浮式风机的作用主要体现在三个方面：辐射、绕射和流体静力学；波浪载荷是半潜漂浮式风机在三个方面受到的作用力的总和；辐射载荷是假设不存在入射波，漂浮平台以不同模式震荡时向外辐射波浪对漂浮平台产生的作用力：
Figure BDA0003312291300000094
其中，Kij为波浪辐射延迟矩阵中第i行第j列的元素，τ为虚拟变量，qj为漂浮平台第j个自由度。
进一步地，绕射载荷是假设漂浮平台静止不动时，被平台分散的入射波作用在平台上产生的作用力：
Figure BDA0003312291300000101
其中，W(ω)为高斯白噪声时序的傅里叶变换，
Figure BDA0003312291300000102
为双边JONSWAP海浪谱波谱，X(ω,θ)为作用在平台上的单位波浪力，其幅值与入射波频率ω和入射波角度θ相关，θ为复数单位。
进一步地，流体静力学是假设平台不受任何波浪力作用的情况下受到的作用力：
Figure BDA0003312291300000103
其中，ρgV0δi3为阿基米德浮力，CStatic为受水平面和漂浮中心影响的水静力，qj为受水平面和漂浮中心影响的力矩。
下面将结合上述半潜漂浮式风机模型对本申请实施例提供的一种半潜漂浮式风机协调控制方法进行详细说明。
参照图1所示，为本申请实施例提供的一种半潜漂浮式风机协调控制方法的流程示意图。
下面对本申请实施例示例性的各步骤进行说明：
S101、获取当前时刻的目标半潜漂浮式风机的状态数据、环境数据。
本申请实施例中，获取当前时刻的目标半潜漂浮式风机的状态数据、环境数据，状态数据包括：叶片转速、塔顶前后位移、桨距角、电磁转矩，环境数据包括风速和波浪高度。
S102、获取当前环境数据的模型参数。
其中，模型参数用于描述环境数据对半潜漂浮式风机的数值影响。
具体地，在获取当前环境数据的模型参数之前，获取在不同环境数据下，符合预置条件的目标半潜漂浮式风机的历史状态数据、环境数据。
进一步地，在获取各个不同环境数据下，符合预置条件的目标半潜漂浮式风机的历史状态数据时，使目标半潜漂浮式风机保持在恒定风速、规则波浪下，针对目标半潜漂浮式风机应用GS(Gain Scheduling，增益调度)-PI(Proportion Integration，比例积分)对目标半潜漂浮式风机进行控制，得到风机稳态时的桨距角稳态值。
进一步地，将目标半潜漂浮式风机的桨距角控制器设定为桨距角稳态值，控制目标半潜漂浮式风机处于开环状态，记录目标半潜漂浮式风机的各状态数据，状态数据可以包括：塔顶前后位移ξ、塔筒弯矩M、气动转矩Tr，还可以包括：发电功率和叶片转速，请参照图2，图2示出了本申请实施例提供的目标半潜漂浮式风机随时间变化的各状态数据曲线图。
其中，环境数据包括波浪高度Hs和风速vw。
具体地，根据不同环境数据下，符合预置条件的目标半潜漂浮式风机的历史状态数据、环境数据，计算在不同环境数据下对应的模型参数。
其中，模型参数包括辨识参数和线性化参数。
进一步地，计算塔顶前后位移ξ对塔筒弯矩M的辨识比例KM，计算气动转矩Tr对波浪高度Hs的辨识比例KT，计算塔筒弯矩M对波浪高度Hs的辨识比例KB，辨识参数包括KM、KT、KB。
具体地，根据不同环境数据下，记录如图2所示的目标半潜漂浮式风机随时间变化的各状态数据曲线图，将塔顶前后位移对塔筒弯矩的动态响应，辨识为一阶惯性环节KM/(s+εt)，将不同环境数据下的气动转矩和塔筒弯矩对波浪高度的动态响应，辨识为比例环节KT和KB。
其中，
Figure BDA0003312291300000111
KM为塔顶前后位移ξ对塔筒弯矩M的增益，s为复频域变量，εt为时间常数。
其中，
Figure BDA0003312291300000112
KT为气动转矩Tr对波浪高度Hs的增益。
其中，
Figure BDA0003312291300000113
KB为塔筒弯矩M对波浪高度Hs的增益。
进一步地，为建立目标半潜漂浮式风机的线性状态空间模型，需要将目标半潜漂浮式风机进行线性化处理得到非线性目标半潜漂浮式风机模型在环境数据附近的线性化参数：KTω，KTβ，KTv，KMβ，KMv。
具体地，将目标半潜漂浮式风机的桨距角控制器设定为桨距角稳态值，控制目标半潜漂浮式风机处于开环状态，待目标半潜漂浮式风机达到稳定状态后，桨距角控制器加入阶跃信号，记录目标半潜漂浮式风机气动转矩和塔筒弯矩在瞬态内的变化，进而计算KTβ和KMβ，其他线性化参数同理，不再赘述。
其中
Figure BDA0003312291300000121
βp为桨距角，ωr为叶片转速。
S103、根据状态数据、环境数据以及模型参数，预测半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移。
具体地，根据模型参数和状态空间表达式
Figure BDA0003312291300000122
得到以下线性化公式：
Figure BDA0003312291300000123
Figure BDA0003312291300000124
Figure BDA0003312291300000125
Figure BDA0003312291300000126
δPg＝η(Trefδωr+ωrefδTg)。
进一步地，针对半潜漂浮式风机，本申请建立四输入两输出的四阶增量状态空间表达式：
Figure BDA0003312291300000127
其中，历史状态数据x＝[ωr,ξt,βp,Tg]T分别为叶片转速、塔顶前后位移、桨距角、电磁转矩，历史控制输入量uc＝[βpr,Tgr]T分别为桨距角参考值、电磁转矩参考值，历史环境数据ud＝[Vw,Hs]T分别为风速和波浪高度，输出量y＝[Pg,ξt]T分别为输出功率和塔顶前后位移；
进一步地，将模型参数代入状态空间表达式中，进而得到线性化公式：
Figure BDA0003312291300000128
Figure BDA0003312291300000131
Figure BDA0003312291300000132
Figure BDA0003312291300000133
δPg＝η(Trefδωr+ωrefδTg)。
其中，Bdamp为传动轴阻尼系数，Ng为齿轮箱增速比，Jr为叶片转动惯量，Jg为发电机转动惯量，τβ为桨距角惯性时间常数，τg为电磁转矩惯性时间常数，η为发电效率，Tref为额定电磁转矩，ωref为额定发电机转速，A、Bc、Bd、C为系数矩阵。
可选地，将半潜漂浮式风机设定在13m/s-22m/s且以1m/s的间隔的风速下，有效浪高为5m、周期为15s的规则波浪下完成初始化运行并达到稳定状态后，加入幅值1m/s的风速阶跃信号，将高保真模型FAST的控制输入量和环境数据实时输入到状态空间表达式中，验证状态空间表达式和线性化公式的正确性，如图3所示，图3示出了本申请实施例与高保真模型FAST的对比图，为风速18m/s时加入阶跃信号后，本申请中发电功率、叶片转速和塔顶前后位移与FAST的响应对比图，证明了本申请的正确性。
具体地，根据线性化公式和状态空间表达式，得到系数矩阵A、系数矩阵Bc、系数矩阵Bd、系数矩阵C。
其中，
Figure BDA0003312291300000134
Figure BDA0003312291300000135
进一步地，根据状态空间表达式、系数矩阵，得到以下控制模型：
Figure BDA0003312291300000141
其中，系数矩阵Bc和系数矩阵Bd合并为B，将所述δuc和所述δud合并为δu，δu＝[δβpr,δTgr,δvw,δHs]T。
其中，μ为控制量。
进一步地，将控制模型进行离散化处理，得到离散状态空间表达式：
Figure BDA0003312291300000142
其中，G(T)＝eAT，
Figure BDA0003312291300000143
K为当前时刻，K+1为下一时刻。
进一步地，根据状态数据、环境数据、离散状态空间表达式，分别预测控制量对应的半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移。
具体地，根据状态数据x(k)以及M个时刻的控制量u(k)，u(k+1)…u(k+M-1)，可以对未来N个输出进行预测，计算过程如下：
Figure BDA0003312291300000144
Figure BDA0003312291300000145
其中，Np为预测时域，Mc为控制时域。
S104、根据预测的输出功率和塔顶前后位移，控制半潜漂浮式风机工作。
具体地，分别将控制量、以及控制量对应的半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移，代入价值函数，计算参数J。
其中，价值函数：
Figure BDA0003312291300000151
其中，Q1，Q2分别为半潜漂浮式风机输出和控制输出权重系数矩阵，μmax为控制输出允许最大值的向量，δμmax为单步允许最大控制输出的向量，N为预测时域。
进一步地，分别将控制量、以及控制量对应的半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移，代入价值函数，此过程为滚动优化的过程，滚动优化与传统的全局优化不同，滚动优化在每一时刻优化性能指标时，只涉及到从该时刻起未来N个时刻的状态和控制输入量，在每一时刻优化得到一组Mc个控制动作，u(k)是唯一将被实现的控制量。
具体地，根据最小的价值参数J对应的控制量中的控制输入量，控制半潜漂浮式风机工作。
进一步地，我们的控制目标是状态数据跟踪控制输入量，预测输出与控制输入量的偏差尽可能小，同时避免控制器频繁动作，减小机械载荷。
本申请提供了一种半潜漂浮式风机协调控制方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：获取当前时刻的目标半潜漂浮式风机的状态数据、环境数据；获取当前环境数据的模型参数，模型参数用于描述环境数据对半潜漂浮式风机的数值影响；根据状态数据、环境数据以及模型参数，预测半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移；根据预测的输出功率和塔顶前后位移，控制半潜漂浮式风机工作。通过本申请的方式，能够预测输出功率和塔顶前后位移，对半潜漂浮式风机进行控制，增加了灵活性，减少了变桨的次数，避免变桨执行器的电机发热量增加，进而不需要附加散热装置，减少了成本。
参照图4所示，为本申请实施例提供的另一种半潜漂浮式风机协调控制方法的流程示意图，步骤S401、S402的内容参照步骤S102，不再加以赘述。
S401、获取在不同环境数据下，符合预置条件的目标半潜漂浮式风机的历史状态数据、环境数据。
S402、根据不同环境数据下，符合预置条件的目标半潜漂浮式风机的历史状态数据、环境数据，计算在不同环境数据下对应的模型参数。
本申请提供了一种半潜漂浮式风机协调控制方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：获取在不同环境数据下，符合预置条件的目标半潜漂浮式风机的历史状态数据、环境数据，根据所述不同环境数据下，符合预置条件的目标半潜漂浮式风机的历史状态数据、环境数据，计算在不同环境数据下对应的模型参数。通过获取不同环境数据下的模型参数，能够有针对的对半潜漂浮式风机进行控制，使本申请的有效性增加。
参照图5所示，为本申请实施例提供的一种半潜漂浮式风机协调控制装置的示意图，该装置包括：
第一获取模块10：用于获取当前时刻的目标半潜漂浮式风机的状态数据、环境数据，状态数据包括叶片转速、塔顶前后位移、桨距角、电磁转矩。
第二获取模块20：用于获取当前环境数据的模型参数，模型参数用于描述环境数据对半潜漂浮式风机的数值影响。
预测模块30：用于根据状态数据、环境数据以及模型参数，预测所述半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移。
控制模块40：用于根据环境数据、预测的输出功率和预测的塔顶前后位移，控制半潜漂浮式风机工作。
在一种可能的实施方式中，第二获取模块具体用于：获取在不同环境数据下，符合预置条件的目标半潜漂浮式风机的历史状态数据、环境数据，历史状态数据包括塔顶前后位移ξ，塔筒弯矩M，气动转矩Tr，环境数据包括波浪高度Hs和风速vw；根据不同环境数据下，符合预置条件的目标半潜漂浮式风机的历史状态数据、环境数据，计算在不同环境数据下对应的模型参数，模型参数包括辨识参数和线性化参数。
如图6所示，本申请实施例提供的一种电子设备600，包括：处理器601、存储器602和总线，所述存储器602存储有所述处理器601可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器601与所述存储器602之间通过总线通信，所述处理器601执行所述机器可读指令，以执行如上述半潜漂浮式风机协调控方法的步骤。
具体地，上述存储器602和处理器601能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器601运行存储器602存储的计算机程序时，能够执行上述半潜漂浮式风机协调控方法。
对应于上述半潜漂浮式风机协调控方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述半潜漂浮式风机协调控方法的步骤。
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，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考方法实施例中的对应过程，本申请中不再赘述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，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，又例如，多个模块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通信接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块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，在本申请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。
所述功能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，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请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)执行本申请各个实施例所述信息处理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、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种半潜漂浮式风机协调控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取当前时刻的目标半潜漂浮式风机的状态数据、环境数据，所述状态数据包括叶片转速、塔顶前后位移、桨距角、电磁转矩；
获取当前所述环境数据的模型参数，所述模型参数用于描述所述环境数据对所述半潜漂浮式风机的数值影响；
根据所述状态数据、所述环境数据以及所述模型参数，预测所述半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移；
根据所述预测的输出功率和塔顶前后位移，控制所述半潜漂浮式风机工作；
在所述获取当前所述环境数据的模型参数之前，还包括：
获取在不同环境数据下，符合预置条件的目标半潜漂浮式风机的历史状态数据、环境数据，所述历史状态数据包括塔顶前后位移ξ，塔筒弯矩M，气动转矩Tr，所述环境数据包括波浪高度Hs和风速vw；
根据所述不同环境数据下，符合预置条件的目标半潜漂浮式风机的历史状态数据、环境数据，计算在不同环境数据对应的模型参数，所述模型参数包括辨识参数和线性化参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述不同环境数据下，符合预置条件的目标半潜漂浮式风机的历史状态数据、环境数据，计算在不同环境数据对应的模型参数，包括：
计算所述塔顶前后位移ξ对所述塔筒弯矩M的辨识比例KM；
其中，
Figure FDA0003603703840000011
KM为塔顶前后位移ξ对塔筒弯矩M的辨识比例，s为复频域变量，εt为时间常数；
计算所述气动转矩Tr对所述波浪高度Hs的辨识比例KT；
其中，
Figure FDA0003603703840000021
KT为气动转矩Tr对波浪高度Hs的辨识比例；
计算所述塔筒弯矩M对所述波浪高度Hs的辨识比例KB；
其中，
Figure FDA0003603703840000022
KB为塔筒弯矩M对波浪高度Hs的辨识比例；
所述辨识参数包括：所述塔顶前后位移ξ对所述塔筒弯矩M的辨识比例KM、所述气动转矩Tr对所述波浪高度Hs的辨识比例KT、所述塔筒弯矩M对所述波浪高度Hs的辨识比例KB；
所述线性化参数包括KTω，KTβ，KTv，KMβ，KMv；
其中，
Figure FDA0003603703840000023
βp为桨距角，ωr为叶片转速。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在根据所述状态数据、所述环境数据以及所述模型参数，预测所述半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移之前，所述方法还包括：
根据所述模型参数和状态空间表达式
Figure FDA0003603703840000024
得到以下线性化公式：
Figure FDA0003603703840000025
Figure FDA0003603703840000031
Figure FDA0003603703840000032
Figure FDA0003603703840000033
δPg＝η(Trefδωr+ωrefδTg)；
其中，历史状态数据x＝[ωr,ξt,βp,Tg]T分别为叶片转速、塔顶前后位移、桨距角、电磁转矩，历史控制输入量uc＝[βpr,Tgr]T分别为桨距角参考值、电磁转矩参考值，历史环境数据ud＝[vw,Hs]T分别为风速和波浪高度，输出量y＝[Pg,ξt]T分别为输出功率和塔顶前后位移；
Bdamp为传动轴阻尼系数，Ng为齿轮箱增速比，Jr为叶片转动惯量，Jg为发电机转动惯量，τβ为桨距角惯性时间常数，τg为电磁转矩惯性时间常数，η为发电效率，Tref为额定电磁转矩，ωref为额定发电机转速，A、Bc、Bd、C为系数矩阵；
根据所述线性化公式和所述状态空间表达式，得到系数矩阵A、系数矩阵Bc、系数矩阵Bd、系数矩阵C；
其中，
Figure FDA0003603703840000034
Figure FDA0003603703840000035
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述状态数据、所述环境数据以及所述模型参数，预测所述半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移，包括：
根据所述状态空间表达式、所述系数矩阵，得到以下控制模型：
Figure FDA0003603703840000041
其中，所述系数矩阵Bc和所述系数矩阵Bd合并为B，将所述δuc和所述δud合并为δu，δu＝[δβpr,δTgr,δvw,δHs]T，u为控制量；
将所述控制模型进行离散化处理，得到离散状态空间表达式：
Figure FDA0003603703840000042
其中，G(T)＝eAT，
Figure FDA0003603703840000043
K为当前时刻，K+1为下一时刻，T为采样时间；
根据所述状态数据、所述环境数据、所述模型参数和所述离散状态空间表达式，分别预测所述控制量对应的所述半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述预测的输出功率和塔顶前后位移，控制所述半潜漂浮式风机工作，包括：
分别将所述控制量、以及所述控制量对应的所述半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移，代入价值函数，计算价值参数J；
价值函数：
Figure FDA0003603703840000044
其中，Q1，Q2分别为半潜漂浮式风机输出和控制输出权重系数矩阵，umax为控制输出允许最大值的向量，δumax为单步允许最大控制输出的向量，N为预测时域；
根据最小的所述价值参数J对应的所述控制量中的控制输入量，控制所述半潜漂浮式风机工作。
6.半潜漂浮式风机协调控制装置，其特征在于，所述装置包括：
第一获取模块：用于获取当前时刻的目标半潜漂浮式风机的状态数据、环境数据，所述状态数据包括叶片转速、塔顶前后位移、桨距角、电磁转矩；
第二获取模块：用于获取当前所述环境数据的模型参数，所述模型参数用于描述所述环境数据对所述半潜漂浮式风机的数值影响；
预测模块：用于根据所述状态数据、所述环境数据以及所述模型参数，预测所述半潜漂浮式风机的输出功率和塔顶前后位移；
控制模块：用于根据所述预测的输出功率和塔顶前后位移，控制所述半潜漂浮式风机工作；
所述第二获取模块，具体用于：
获取在不同环境数据下，符合预置条件的目标半潜漂浮式风机的历史状态数据、环境数据，所述历史状态数据包括塔顶前后位移ξ，塔筒弯矩M，气动转矩Tr，环境数据包括波浪高度Hs和风速Vw；
根据所述不同环境数据下，符合预置条件的目标半潜漂浮式风机的历史状态数据、环境数据，计算在不同环境数据下对应的模型参数，所述模型参数包括辨识参数和线性化参数。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储介质和总线，所述存储介质存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储介质之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
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