ES2964798T3

ES2964798T3 - Procedimiento de determinación de la fuerza de excitación ejercida por el oleaje incidente sobre un medio móvil de un sistema de energía undimotriz por medio de un modelo de la fuerza de arrastre

Info

Publication number: ES2964798T3
Application number: ES19700165T
Authority: ES
Inventors: Hoai-Nam Nguyen; Paolino Tona
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2019-01-09
Publication date: 2024-04-09
Anticipated expiration: 2039-01-09
Also published as: WO2019149481A1; AU2019215587B2; FR3077383B1; US11361131B2; PT3746759T; EP3746759A1; AU2019215587A1; EP3746759B1; FR3077383A1; US20200356713A1

Abstract

La presente invención consiste en un método para establecer en tiempo real las fuerzas aplicadas por el oleaje incidente sobre un medio móvil de un sistema de energía undimotriz. El método se basa en la construcción de un modelo de la fuerza de radiación que se aplica a los medios móviles, un modelo de la fuerza de arrastre que se aplica a los medios móviles y un modelo no lineal de la dinámica del sistema de energía de las olas. La invención utiliza únicamente medidas de la cinemática del flotador (posición, velocidad y, en su caso, aceleración) y de la fuerza aplicada por la máquina de conversión, medidas que normalmente están disponibles en un sistema de energía de las olas porque se utilizan para su control y seguimiento. . Estos modelos, estas medidas y un filtro de Kalman sin perfume sirven para determinar la fuerza de excitación aplicada por el oleaje que incide sobre los medios móviles. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de determinación de la fuerza de excitación ejercida por el oleaje incidente sobre un medio móvil de un sistema de energía undimotriz por medio de un modelo de la fuerza de arrastre

La invención se refiere al campo de los dispositivos para convertir la energía undimotriz en energía eléctrica. En particular, la invención se refiere al campo de la determinación de la fuerza de excitación por el oleaje incidente sobre un medio móvil, en particular para el control de un sistema undimotriz.

Los recursos energéticos renovables han experimentado un gran interés desde hace algunos años. Estos recursos son limpios, gratuitos e inagotables, todos activos importantes en un mundo atrapado por la inexorable disminución de los recursos fósiles disponibles y consciente de la necesidad de preservar el planeta. Entre estos recursos, la energía undimotriz, una fuente relativamente desconocida entre las ampliamente publicitadas como la eólica o la solar, contribuye a la indispensable diversificación de la explotación de las energías renovables. Los dispositivos, comúnmente llamados dispositivos de energía "undimotriz", son particularmente interesantes porque permiten producir electricidad a partir de esta fuente de energía renovable (la energía potencial y cinética de las olas) sin emitir gases de efecto invernadero. Son especialmente adecuados para suministrar electricidad a zonas insulares aisladas.

Por ejemplo, las solicitudes de patente FR 2876751 y WO 2009/081042 describen dispositivos para captar la energía producida por el flujo marino. Estos dispositivos están compuestos por un soporte flotante sobre el cual se coloca un péndulo montado de forma móvil con respecto al soporte flotante. El movimiento relativo del péndulo con respecto al soporte flotante se utiliza para producir energía eléctrica mediante una máquina de conversión de energía (por ejemplo, una máquina eléctrica). La máquina de conversión funciona como generador y como motor. En efecto, para proporcionar un par o una fuerza que impulse el móvil, se suministra energía a la máquina de conversión para poner el móvil en resonancia con las ondas (modo motor). Además, para producir un par o una fuerza que resista el movimiento del móvil, se recupera energía a través de la máquina de conversión (modo generador).

Con la intención de mejorar el rendimiento y por tanto la rentabilidad de los dispositivos de conversión de la energía undimotriz en energía eléctrica (sistemas de energía undimotriz), es interesante estimar la fuerza de excitación ejercida por el oleaje incidente sobre el sistema de energía undimotriz.

La fuerza aplicada por el oleaje a los dispositivos para convertir la energía de las olas en energía eléctrica u otras formas de energía explotable, comúnmente llamados sistema de energía undimotriz, no se puede medir directamente en condiciones normales de funcionamiento en un contexto industrial. Para determinados sistemas de energía undimotriz, es posible realizar pruebas específicas, consistentes en bloquear la parte flotante de la máquina y medir el esfuerzo necesario para contrarrestar la acción de la ola (es decir, mantener el flotador inmóvil) a través de uno o más sensores (de fuerza o de par) colocados sobre la máquina de conversión, también llamado sistema de toma de potencia (PTO), por ejemplo un generador eléctrico acompañado de un dispositivo que permite transmitir el movimiento oscilatorio del medio móvil. Según la terminología actual, a la magnitud así medida se la denomina fuerza de excitación del oleaje (u ola), distinguiéndola en particular de la fuerza (y del oleaje) generada por el movimiento del propio flotador (fuerza de radiación). Por otro lado, durante el funcionamiento normal del flotador, los mismos sensores de fuerza solo medirán la fuerza aplicada por el PTO, y no la fuerza de excitación del oleaje incidente.

En principio, sería posible calcular todas las fuerzas aplicadas por el oleaje integrando mediciones de presión procedentes de sensores distribuidos por toda la superficie, pero se trata de una solución costosa y poco robusta que difícilmente puede considerarse en un contexto industrial.

Hay pocos trabajos científicos en el campo de la estimación en tiempo real de la fuerza (o del par) de excitación de la ola. Por ejemplo, se puede citar el documento de Peter Kracht, Sebastian Perez-Becker, Jean-Baptiste Richard y Boris Fischer. “Performance improvement of a Point Absorber Energy Converter by Application of an Observer-Based Control: Results from Wave Tank Testing” ("Mejora del rendimiento de un convertidor de energía undimotriz con absorbente puntual mediante la aplicación de un control basado en observadores: Resultados de las pruebas del tanque de olas". En IEEE Transactions on Industry Applications, julio de 2015, que describe un algoritmo para estimar la fuerza del oleaje, éste se basa en un banco de osciladores armónicos independientes y un observador de Luenberger. Los resultados obtenidos con este procedimiento muestran que las estimaciones están retrasadas (desfasadas) significativamente en comparación con la fuerza de excitación real, lo que es problemático en particular para su uso en el contexto del control del sistema de energía undimotriz. De manera más general, este enfoque considera una región de frecuencia fija (elegida a priori) para el espectro del oleaje. Para que el procedimiento funcione en condiciones realistas, donde el espectro varía con el tiempo, se debe tener en cuenta un número muy elevado de frecuencias, lo que hace que el enfoque sea muy pesado en términos de cálculos. En el documento de Bradley A Ling. "Real-Time Estimation and Prediction of Wave Excitation Forces for Wave Energy Control Applications" (“Estimación y predicción en tiempo real de las fuerzas de excitación de la ola para aplicaciones de control de energía undimotriz”), publicado en ASME 2015 34th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, se propone un enfoque basado en un filtro de Kalman extendido para reconstruir el espectro considerando la fuerza de excitación de la ola como una (única) sinusoide cuyos parámetros (amplitud, frecuencia y fase) varían con el tiempo. Sin embargo, el procedimiento sólo puede ser eficaz para olas en una banda de frecuencia muy estrecha.

Además, la solicitud de patente FR2973448 (US9261070) describe un procedimiento de control para convertidores puntuales oscilantes, una de cuyas etapas es la estimación (del espectro) de la fuerza del oleaje sobre el flotador (o del par sobre la parte móvil del convertidor), a partir de un conjunto de sinusoides y de un observador de Luenberger. El procedimiento es similar al publicado en los documentos citados anteriormente y presenta a priori los mismos inconvenientes.

Otro procedimiento se describe en la solicitud de patente FR 3049989 (WO 2017/174244). Este procedimiento consiste en determinar en tiempo real las fuerzas ejercidas por el oleaje incidente sobre el medio móvil, para adoptar en consecuencia las mejores configuraciones de las estrategias de producción de la energía eléctrica. El procedimiento se basa en la construcción de un modelo de la fuerza de radiación ejercida sobre el medio móvil, y de un modelo de la dinámica del sistema de energía undimotriz. Este procedimiento sólo utiliza mediciones de la cinemática del flotador (posición, velocidad y eventualmente aceleración) y de la fuerza aplicada por la máquina de conversión, mediciones normalmente disponibles en un sistema de energía undimotriz, pues se utilizan para su control y supervisión. Así, gracias a los modelos utilizados, es posible estimar la fuerza ejercida por el oleaje para cualquier región de frecuencias de las olas, manteniendo un tiempo de cálculo adaptado a una determinación y un control en tiempo real.

Este procedimiento es satisfactorio para sistemas de energía undimotriz “lineales”, es decir, cuyo comportamiento dinámico se describe con suficiente precisión mediante ecuaciones diferenciales lineales. Sin embargo, este procedimiento no permite determinar con precisión la fuerza del oleaje para sistemas de energía undimotriz "no lineales" (con ecuaciones diferenciales no lineales), en particular los sistemas de energía undimotriz del tipo de postigo (“flap”), o los sistemas de energía undimotriz de tipo de convertidor sumergido con un diferencial de presión de forma plana, o los sistemas de energía undimotriz del tipo máquina con una masa giratoria que cabecea en la superficie.

La solicitud de patente US 2017/0298899 A1 describe el control optimizado de un sistema de energía undimotriz.

El documento de "LOPES M F P et L: “Experimental and numerical investigation of nonpredictive phase-control strategies for a point-absorbing wave energy converter” ("Investigación experimental y numérica de estrategias de control de fase no predictivas para un convertidor de energía undimotriz de absorción puntual"), Ocean engineering, pergamon, Amsterdam, NL, vol. 36, n. ° 5, 1 de abril de 2009, páginas 386-402, XP026067007, ISSN: 0029-8018", describe un procedimiento de control de un sistema de energía undimotriz.

El documento de "NGUYEN HOI-NAM et al.: "dominant wave frequency and amplitude estimation for adaptive control of wave energy converters” (“estimación de frecuencia y amplitud de ola dominantes para el control adaptativo de los convertidores de energía undimotriz"), Oceans 2017 - ABERDEEN, IEEE, 19 de junio de 2017, páginas 1 - 6" describe un procedimiento de control de una sistema de energía undimotriz.

Para superar estos inconvenientes, la presente invención consiste en un procedimiento de determinación en tiempo real de los esfuerzos ejercidos el oleaje incidente sobre un medio móvil de un sistema de energía undimotriz, para consecuentemente adoptar las mejores configuraciones de las estrategias de recuperación de la energía eléctrica. El procedimiento se basa en la construcción de un modelo de la fuerza de radiación ejercida sobre el medio móvil, de un modelo de la fuerza de arrastre ejercida sobre el medio móvil y de un modelo no lineal de la dinámica del sistema de energía undimotriz. La invención sólo utiliza mediciones de la cinemática del flotador (posición, velocidad y eventualmente aceleración) y de la fuerza aplicada por la máquina de conversión, mediciones normalmente disponibles en un sistema de energía undimotriz, porque se utilizan para su control y supervisión. La determinación de la fuerza de excitación ejercida por el oleaje incidente sobre el medio móvil utiliza estos modelos, estas mediciones y un filtro de Kalman sin perfume. En particular, integra un modelo de la fuerza de arrastre viscosa y permite, gracias al filtro de Kalman sin perfume, estimar con precisión la fuerza ejercida por el oleaje incidente para todos los sistemas de energía undimotriz, en particular para los sistemas de energía undimotriz "no lineales”. El procedimiento según la invención es adecuado para cualquier región de frecuencia de las olas, manteniendo un tiempo de cálculo adaptado a una determinación y un control en tiempo real.

El procedimiento según la invención.

La presente invención se refiere a un procedimiento de determinación de una fuerza de excitación ejercida por el oleaje sobre un medio móvil de un sistema de energía undimotriz, convirtiendo dicho sistema de energía undimotriz la energía del oleaje en energía por medio de dicho medio móvil que coopera con una máquina de conversión, efectuando dicho medio móvil un movimiento con respecto a dicha máquina de conversión bajo la acción del oleaje. Para este procedimiento se realizan las siguientes etapas:

a) se miden la posición y velocidad de dicho medio móvil;

b) se mide la fuerza u ejercida por dicha máquina de conversión sobre dicho medio móvil;

c) se construye un modelo de la fuerzaTradde radiación ejercida sobre dicho medio móvil, vinculando dicho modelo de la fuerza de radiación, dicha fuerzaTradde radiación a la velocidad de dicho medio móvil;

d) se construye un modelo de fuerzaTdde arrastre ejercida sobre dicho medio móvil, vinculando dicho modelo de fuerza de arrastre, dicha fuerzaTdde arrastre a la velocidad de dicho medio móvil;

e) se construye un modelo dinámico de dicho sistema de energía undimotriz que une dicha fuerzaTwde excitación ejercida por el oleaje incidente sobre dicho medio móvil, a dicha posición de dicho medio móvil, a dicha velocidad del medio móvil, a dicha fuerza u ejercida por dicha máquina de conversión sobre dicho medio móvil, a dicha fuerzaTradde radiación ejercida sobre dicho medio móvil y a dicha fuerzaTdde arrastre ejercida sobre dicho medio móvil; y f) se determina dicha fuerzaTwde excitación ejercida por el oleaje incidente sobre dicho medio móvil mediante dicho modelo dinámico, de dicho modelo de la fuerza de radiación, de dicho modelo de fuerzaTdde arrastre, de dichas posición y velocidad medidas y de dicha fuerza u medida ejercida por dicha máquina de conversión sobre dicho medio móvil y por medio de un filtro Kalman sin perfume construido a partir de un modelo de marcha aleatoria de dicha fuerza de excitación ejercida por el oleaje incidente sobre dicho medio móvil.

Según un modo de realización, dicho modelo dinámico de dicho sistema de energía undimotriz se construye mediante una ecuación del tipo:

'eqW- rhM+Trs¿t)+T¿t)+ rji) -u(i)'s¡enc|o el momento de inercia total de dicho medio móvil (2),5(t)el ángulo de rotación de dicho medio móvil con respecto a la posición de equilibrio, siendo la aceleración angular de dicho medio móvil y la velocidad angular de dicho medio móvil,Thd(t)el momento antagonista hidrostático,Trad(t)el momento de radiación,Td(t)el momento de arrastre,Tw(t)el momento de excitación de la ola,u(t)el momento ejercido por dicha máquina de conversión sobre dicho medio móvil.

Según una implementación, se determina el momento antagonista hidrostático T<hd>(t) por medio de una fórmula del tipo:

Thd (t) = - K5(t)

donde K es el coeficiente de rigidez hidrostática.

Según un aspecto, dicho modelo de fuerza de radiación se construye mediante una ecuación del tipo:

W h = -Ütf) -i¿t)siendo /» el momento de inercia añadido a una frecuencia infinitamente alta y

zr(t) = f h(t - s)S(s)ds = h(t)* <5(t)siendo h la respuesta al impulso que une la velocidad del medio móvil con laamortiguación de radiación y ^ la velocidad angular de dicho medio móvil.

Ventajosamente, dicho modelo de fuerza de arrastre se construye mediante una ecuación del tipo:

donde /3 es el coeficiente de arrastre y ^ la velocidad angular de dicho medio móvil.

Alternativamente, dicho modelo de la fuerzaFdde arrastre puede escribirse mediante una ecuación de la forma:

Fd{ t ) = p m \ m \

siendopel coeficiente de arrastre,

yzla velocidad del medio móvil.

Según una implementación, se determina dicha fuerzaTwde excitación ejercida por el oleaje incidente sobre dicho medio móvil implementando las siguientes etapas:

i) se inicializa k=0, el vector de estado Xa(0|0)=m(0) y el estado de la matriz de covarianza, P(0|0) =Po;

ii) en cada instante k, se adquieren dichas mediciones de posición y velocidad de dicho medio móvil y(k) = y la medición de dicha fuerza ejercida por dicha máquina de conversión sobre dicho medio móvil u(k); y iii) en cada instante k, se determina la fuerza de excitación ejercida por el oleaje incidente sobre dicho medio móvil (2)rW(k)mediante las siguientes ecuaciones:

Tw(fc) = [0 1\xa(k\k)

Px(k\k) =Px(k\k- 1) -KPy(k\k- 1)KT

K = Pxy(k\k - l)Py(k\k - 1)-'

9j(k\k- 1) =CaXj(k\k -1)

x(k\k- 1] =Tpo w p x j i k f t -1),

Px(.k\k- 1) =Xj20 Wf (x¿ k \k-<1)>-xa(k\k -1))(x j(k \k- 1) -xa(k\k -l ) ) 7Q.

2 j(k \k -1)= A ax j(k - l ) f a ( x j ( k - l ) j Bau ( k -1),j =0 ,1 ,...,2n

x0(k -1) -x a(k -1|k -1),

cL(k -1) =x a(k -1|k -1)'Jn ASi (k- 1 ),¿ = 1,2, ...,i

1,2, ...,n

donde S,(k - 1) es la i-ésima columna de la raíz cuadrada de la matriz de Px(k - 1|k - 1 ), o

Px(k\k- 1) = S(k - 1) TS(k -1)

x (k )

x a(k )=

xa(k)el vector de estado desconocidoTw(k)A<a>, B<a>, C<a>, D<a>matrices de realización de estado, P la matriz de covarianza del vector de estado, Q y R matrices de calibración.

Según un modo de realización, dicho sistema de energía undimotriz se controla en función de dicha fuerzaTwde excitación determinada ejercida por el oleaje incidente sobre dicho medio móvil.

Ventajosamente, dicho sistema de energía undimotriz es un sistema de energía undimotriz del tipo de convertidor sumergido con diferencial de presión de forma plana, de tipo máquina de masa giratoria cabeceando en la superficie o del tipo sistema de energía undimotriz de postigo.

Además, la invención se refiere a un sistema de energía undimotriz. Comprende medios de medición y de control, en particular medios de control informático, que implementan un procedimiento según una de las características anteriores. Breve presentación de las figuras

Otras características y ventajas del procedimiento según la invención aparecerán con la lectura de la siguiente descripción de ejemplos no limitativos de realizaciones, con referencia a las figuras adjuntas y descritas a continuación.

La Figura 1 ilustra un sistema de energía undimotriz del tipo de postigo según un modo de realización de la invención. La Figura 2 ilustra una estimación de la fuerza ejercida por el oleaje utilizando un procedimiento según la técnica anterior para una ola regular.

La Figura 3 ilustra una estimación de la fuerza ejercida por el oleaje mediante un procedimiento según una realización de la invención para una ola regular.

La Figura 4 ilustra una estimación de la fuerza ejercida por el oleaje mediante un procedimiento según una realización de la invención para una onda irregular.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para determinar la fuerza de excitación ejercida por el oleaje incidente sobre un medio móvil de un sistema de energía undimotriz, también llamada fuerza de excitación del oleaje o de la ola. Un sistema de energía undimotriz es un sistema que convierte la energía del oleaje en energía recuperable, en particular en energía eléctrica. Un sistema de energía undimotriz incluye generalmente un medio móvil, también llamado postigo (“flap”), péndulo o flotador, que tiene un movimiento oscilatorio bajo la acción del oleaje. El medio móvil coopera con una máquina de conversión, también denominada sistema de toma de energía (PTO del inglés “power take off”), que en la mayoría de los casos incluye un generador eléctrico acoplado a un dispositivo que permite adaptar la transmisión del movimiento oscilatorio, para convertir el movimiento de un medio móvil en energía recuperable. En determinados casos, la máquina de conversión puede actuar como motor generando un esfuerzo sobre el medio móvil. En efecto, para recuperar una energía a través de la máquina de conversión, se produce un par o fuerza que resiste el movimiento del móvil (modo generador). Además, si la máquina de conversión lo permite, se puede suministrar energía a la máquina de conversión para proporcionar un par o fuerza que accione el móvil para ayudarlo a ponerse en resonancia con las olas (modo motor).

El procedimiento según la invención es adecuado para cualquier tipo de sistema de energía undimotriz con al menos un medio móvil, por ejemplo los descritos en la solicitud de patente FR2973448 (US9261070). El procedimiento de control según la invención también se puede aplicar a un sistema de energía undimotriz que pertenece a la categoría de sistemas de energía undimotriz con columnas de agua oscilantes (OWC del inglés Oscillating Water Column). Sin embargo, el procedimiento según la invención es especialmente adecuado para un sistema de energía undimotriz no lineal, por ejemplo del tipo de postigo (“flap”), del tipo de convertidor sumergido con diferencial de presión de forma plana, o del tipo máquina de masa giratoria que cabecea en la superficie.

La figura 1 ilustra, esquemáticamente, un ejemplo no limitativo de un sistema 1 de energía undimotriz con obturador. El sistema 1 de energía undimotriz comprende un medio móvil 2, que tiene la forma de un postigo sustancialmente vertical (el oleaje está representado esquemáticamente por dos trazos curvos y la dirección del oleaje está representada por la flecha H). La parte 2 tiene una parte sumergida y una parte emergida. El medio móvil 2 coopera, mediante una articulación 4, con una máquina de conversión basada en un generador eléctrico 3, que es, en este caso, un generador rotativo. La articulación 4 permite un movimiento de oscilación rotatoria del postigo 2 alrededor de un eje horizontal con respecto a un soporte 5 que está fijo con respecto al fondo 6 del mar.

En lo que sigue de la descripción y para las reivindicaciones, los términos olas, olas del mar y oleaje se consideran equivalentes.

Además, en la descripción y para las reivindicaciones, el término fuerza designa un esfuerzo o un par. De la misma manera, los términos posición, velocidad y aceleraciones designan tanto valores “lineales” o “angulares”, pudiendo los valores “lineales” asociarse a los esfuerzos, y pudiendo los valores “angulares” asociarse con los pares. En lo que sigue de la descripción sólo se ilustrará el caso relativo a los pares, pero el caso de los esfuerzos se puede deducir transponiendo las ecuaciones a un sistema de referencia ortogonal.

Además, para una mejor comprensión, los diferentes modelos se representan en una sola dimensión, sin embargo, el procedimiento según la invención está adaptado a modelos de varias dimensiones, para sistemas que tienen varios grados de libertad en su movimiento.

El procedimiento según la invención incluye las siguientes etapas:

1) medición de la posición y velocidad del medio móvil

2) medición de la fuerza ejercida por la máquina de conversión (o PTO)

3) construcción del modelo de fuerza de radiación

4) construcción de un modelo de fuerza de arrastre

5) construcción del modelo dinámico

6) determinación de la fuerza de excitación del oleaje incidente

7) (etapa facultativa) control del sistema de energía undimotriz

Las etapas 3) y 4) se pueden realizar en este orden, en orden inverso o simultáneamente.

Las etapas del procedimiento se pueden implementar mediante u equipo informático (o calculadora). Este equipo puede incluir medios de procesamiento de datos y, ventajosamente, medios de almacenamiento de datos.

Los medios de procesamiento de datos están configurados para implementar:

- las mediciones de posición y velocidad del medio móvil,

- la medición de la fuerza ejercida por la máquina de conversión,

- la construcción de los modelos de fuerza de radiación, los modelos de fuerza de arrastre y del modelo dinámico, y

- la determinación de la fuerza de excitación del oleaje incidente.

1) Medición de la posición y velocidad del medio móvil

Durante esta etapa, se miden la posición y la velocidad del medio móvil. La posición corresponde al movimiento (por ejemplo, distancia o ángulo) con respecto a la posición de equilibrio del medio móvil. Estas mediciones pueden realizarse mediante sensores, generalmente implementados sobre un sistema de energía undimotriz para su control y/o supervisión.

Según una implementación de la invención, durante esta etapa, también es posible medir la aceleración del medio móvil, y utilizarla para estimar la velocidad, o utilizarla directamente en los modelos implementados por el procedimiento según la invención. Por ejemplo, la aceleración puede medirse mediante un acelerómetro colocado en el medio móvil.

2) Medición de la fuerza ejercida por la máquina de conversión (PTO)

Durante esta etapa, se mide la fuerza (el esfuerzo o en su caso el par) ejercida por la máquina de conversión de PTO sobre el medio móvil. Esta medición se puede realizar mediante un sensor, que puede ser un sensor de esfuerzo o un sensor de par. Este tipo de sensor suele instalarse, o puede instalarse fácilmente, en los sistemas de energía undimotriz, para su control y/o supervisión. Alternativamente, la medición se puede reemplazar por una estimación realizada a partir de la consigna de fuerza (o par) enviada a la PTO.

Para el ejemplo de un sistema de energía undimotriz ilustrado en la Figura 1, se puede colocar un sensor de par al nivel de la articulación 4 (o del generador eléctrico 3).

3) Construcción de un modelo de fuerza de radiación

Durante esta etapa se construye un modelo de la fuerza de radiación ejercida sobre el medio móvil. Según la teoría lineal de las ondas (como se describe por ejemplo en el documento de Faines J, Kurniawan A. "Fundamental formulae for waveenergy conversion" (“Fórmulas fundamentales para conversión de onda-energía”). R. Soc. open. Sci. 2: 140305, 2005, http://dx.doi.org/10.1098/rsos.140305), la fuerza de radiación resulta de la oscilación de un cuerpo sumergido (por tanto depende del movimiento del medio móvil), mientras que la fuerza de excitación, resultante de la propia presencia de un cuerpo en el agua, no depende del movimiento del cuerpo sumergido, sino de la ola incidente. En ausencia de oleaje incidente, la fuerza de radiación amortigua la oscilación residual del cuerpo sumergido hasta detenerlo. Es importante señalar que, si bien la teoría lineal permite relacionar la fuerza de excitación con la elevación de la onda incidente a través de un modelo lineal (en el campo de la frecuencia o del tiempo), en la práctica no se puede utilizar para calcular la fuerza de excitación en línea, incluso si era posible medir la elevación de la ola en el centro de gravedad del medio móvil como exige la teoría. En efecto, la relación lineal entre la elevación de la ola y la fuerza de excitación no es causal, lo que significa que no se puede calcular la fuerza de excitación en un instante dado sin conocer la elevación de la ola en los instantes futuros (sin embargo, el cálculo se puede hacer fuera de línea, una vez que la ola ha pasado). Por lo tanto, en un contexto de control en tiempo real, la fuerza de excitación sólo puede considerarse como una fuerza exógena completamente desconocida que actúa sobre el flotador. Por el contrario, siempre según la teoría lineal de las ondas, la fuerza de radiación está ligada al movimiento del flotador, y más precisamente a su aceleración y a su velocidad mediante un modelo lineal causal (en el campo de la frecuencia o del tiempo). Por lo tanto, se puede calcular en línea utilizando mediciones de aceleración y velocidad actuales (y pasadas) por la velocidad.

Según una implementación de la invención, se construye dicho modelo de la fuerzaTrad(t)de radiación mediante una ecuación del tipo:

E tití (

Tr(t)=t ih (t - s)6(s)ds = h(t)

u*5(t)

siendo la componente de dicha fuerzaTmdde radiación que depende de la velocidad (actual y pasada) del medio móvil, lo que se puede denominar amortiguación de la radiación,

® la aceleración angular del medio móvil,

I«.el momento de inercia sumado a la frecuencia infinitamente alta, que se puede obtener mediante códigos de cálculo BEM (“Boundary Element Method” que significa método de elementos de frontera), tales como WAMIT® (WAMIT, EE. UU.) o Nemoh® (Ecole Centrale de Nantes, Francia) , a partir de la geometría del medio móvil,

5 la velocidad angular del medio móvil,

hla respuesta al impulso que vincula la velocidad del medio móvil a la amortiguación de la radiación, cuyos coeficientes se obtienen a partir de los parámetros hidrodinámicos del medio móvil calculados mediante los mismos códigos de cálculo BEM.

La construcción de este modelo permite una determinación de la fuerza de radiación en cualquier momento, con un tiempo de cálculo limitado. Así, la determinación de la fuerza ejercida por el oleaje se puede determinar en cualquier instante con un tiempo de cálculo corto.

4) Construcción de un modelo de fuerza de arrastre

Durante esta etapa se construye un modelo de fuerza de arrastre ejercida sobre el medio móvil. La fuerza de arrastre corresponde a la fricción viscosa sobre el medio móvil del sistema de energía undimotriz. Se trata de un modelo no lineal, que puede depender de la velocidad del medio móvil. La fuerza de arrastre (debido a la fricción viscosa) a menudo se considera despreciable para los sistemas de energía undimotriz, de tipo convertidores puntuales oscilantes, y generalmente se excluye de su modelización. Este no es el caso, sin embargo, para los sistemas de energía undimotriz de tipo de postigo (“flaps”), ni para máquinas tales como convertidores sumergidos con diferencial de presión de forme plana ni para máquinas de masa giratoria que cabecea en la superficie, entre otros.

Según un modo de realización de la invención, para un sistema de energía undimotriz que tiene un movimiento de traslación, el modelo de la fuerza de arrastreTdpuede escribirse mediante una ecuación de la forma:

siendo p el coeficiente de arrastre, este coeficiente puede determinarse mediante pruebas experimentales del sistema de energía undimotriz o mediante simulaciones digitales del tipo CFD (del inglés Computational Fluid Dynamics, correspondiente a la Mecánica de Fluidos Digital)

y 5' la velocidad angular del medio móvil.

Según una variante de realización de la invención, para un sistema de energía undimotriz que tiene un movimiento de traslación, el modelo de la fuerzaFdde arrastre puede escribirse mediante una ecuación de la forma:

siendopel coeficiente de arrastre, este coeficiente puede determinarse mediante pruebas experimentales del sistema de energía undimotriz o mediante simulaciones digitales del tipo CFD (del inglés Computational Fluid Dynamics, correspondiente a la Mecánica de Fluidos Digital)

yzla velocidad del medio móvil.

La construcción de este modelo permite una determinación precisa de la fuerza de arrastre. Así, la determinación de la fuerza ejercida por el oleaje sobre el medio móvil puede ser precisa, porque no desprecia la fuerza de arrastre.

5) Construcción del modelo dinámico del sistema de energía undimotriz.

Durante esta etapa, se construye un modelo dinámico del sistema de energía undimotriz. Se llama modelo dinámico a un modelo que une la fuerza de excitación ejercida por el oleaje incidente sobre el medio móvil, la fuerza de radiación ejercida sobre el medio móvil, la fuerza antagonista hidrostática ejercida sobre el medio móvil, la fuerza ejercida por la máquina de conversión sobre el medio móvil, en la posición y velocidad del medio móvil. Este tipo de modelo permite obtener resultados representativos del comportamiento del sistema de energía undimotriz, si los movimientos no son demasiado grandes.

Ventajosamente, el modelo dinámico se obtiene aplicando el principio fundamental de la dinámica (segunda ley de Newton) al nivel del medio móvil.

Según una implementación de la invención, para la cual se consideran los esfuerzos, se puede construir el modelo dinámico del sistema de energía undimotriz mediante una ecuación del tipo:

¡eqS{t) = Thd{t)+Trad(t)+Td(t)+Tw( t ) - u ( t )

siendoIeqel momento de inercia del medio móvil,

® la aceleración angular del medio móvil,

Twel par de excitación ejercido por el oleaje incidente sobre el medio móvil,

Tradel par de radiación ejercido sobre el medio móvil,

Thdel par antagonista hidrostático ejercido sobre el medio móvil,

Tdel par de arrastre ejercido sobre el medio móvil, y

u el par ejercido por la máquina de conversión sobre el medio móvil.

Este modelo traduce un movimiento de rotación alrededor de un eje horizontal (típico del sistema de energía undimotriz en la Figura 1). Este modelo se deriva de la teoría lineal de las ondas.

Según una primera variante de realización, la fuerza antagonista hidrostática ejercida sobre el medio móvil puede aproximarse mediante una función lineal de la posición z definida con respecto a la posición de equilibrio. En este caso, la fuerza antagonista hidrostática se puede escribir mediante una función del tipo:Thd(t) = -K5(t)siendo5la posición angular del medio móvil definida en relación a su posición de equilibrio yKel coeficiente de rigidez hidrostática. Así, la fuerza antagonista hidrostática se puede calcular a partir de un modelo simple si se dispone de la medición de la posición 5. Esta función es especialmente adecuada para pequeños desplazamientos5.

Mz{t)=Fex{t) FU0+FrU t ) F¿(t) - Fu{t)

siendo M la masa del medio móvil,

z la aceleración del medio móvil,

Fexla fuerza de excitación ejercida por el oleaje incidente sobre el medio móvil,

Fradla fuerza de radiación ejercida sobre el medio móvil,

Fhdla fuerza antagonista hidrostática ejercida sobre el medio móvil,

Fdla fuerza de arrastre ejercida sobre el medio móvil, y

Fula fuerza ejercida por la máquina de conversión sobre el medio móvil.

Este modelo traduce un movimiento de traslación vertical (típico de flotadores con un movimiento de agitación). Este modelo se deriva de la teoría lineal de las ondas.

Este modelo es el “espejo” del modelo por el que se consideran los pares; los diferentes términos del modelo son de la misma naturaleza.

Según un modo de realización de la invención, la fuerza antagonista hidrostática y/o el par antagonista hidrostático se pueden aproximar mediante una función lineal o mediante una función afín por partes.

6) Determinación de la fuerza de excitación ejercida por el oleaje incidente.

Durante esta etapa, se determina, en tiempo real, la fuerza de excitación que ejerce el oleaje incidente sobre el medio móvil por medio de:

- mediciones de posición y de velocidad (y eventualmente de aceleración) del medio móvil determinadas en la etapa 1),

- la medición de la fuerza ejercida por la máquina de conversión de PTO sobre el medio móvil determinada en la etapa 2),

- del modelo de la fuerza de radiación determinado en la etapa 3),

- del modelo de la fuerza de arrastre determinado en la etapa 4), y

- del modelo dinámico del sistema de energía undimotriz determinado en la etapa 5).

Según la invención, se determina la fuerza de excitación ejercida por el oleaje incidente sobre el medio móvil mediante un observador de estado basado en un filtro de Kalman sin perfume (UKF por "Unscented Kalman Filter") construido a partir de un modelo de marcha aleatorio de la fuerza de excitación ejercida por el oleaje incidente sobre el medio móvil. El filtro de Kalman sin perfume permite tener en cuenta las no linealidades de los modelos, en particular del modelo de fuerza de arrastre.

Se recuerda que un observador de estado, o un estimador de estado, es, en automática y en la teoría de sistemas, una extensión de un modelo representado en forma de representación de estado. Cuando el estado del sistema no es mensurable, se construye un observador que permite reconstruir el estado a partir de un modelo.

Un filtro UKF se basa en la teoría de la transformación "sin perfume", que permite obtener un estimador para un sistema no lineal sin necesidad de hacerlo lineal previamente para la aplicación del filtro. El filtro UKF utiliza una distribución estadística de estado que se propaga a través de las ecuaciones no lineales. Un filtro de este tipo tiene la ventaja de permitir una estabilidad y, por tanto, una robustez de la estimación.

Para este modo de realización, previamente a esta etapa, se conocen por tanto:

- las mediciones de posicións ,y de velocidadddel medio móvil,

- la medición de la fuerza u ejercida por la máquina de conversión de PTO sobre el medio móvil,

- el modelo de la fuerza de radiación W *)= -k<W- *#) Con

- el modelo de fuerza de arrastreTd(t) = i y

- el modelo dinámico del sistema de energía undimotriz

IeqS(t) =Tftd( t ) W ( t ) T d(t) T w(t) -u(t).

En este enfoque, el problema de estimación de la fuerza de excitación del oleaje se transforma en un problema cásico de estimación de estado (que puede resolverse con un filtro de Kalman sin perfume), expresando la dinámica de la fuerza de excitación de las olas mediante un modelo de marcha aleatorio. La principal ventaja de este procedimiento es la toma en cuenta de incertidumbres, que permiten tener en cuenta el ruido de medición y las dinámicas no modeladas.

Reemplazando en la ecuación que describe el movimiento del medio móvil

leqS{t)= Tftd(t)+ T rfl£,( t )+ T £,Ct) T W(C) - u ( t )

las expresiones para la fuerza antagonista hidrostática (con el modelo lineal), el modelo de la fuerza de radiación y el modelo de la fuerza de arrastre

Thdt = -K5 t

Ta(t) = P5{t)\5{t)\

se obtiene el siguiente modelo no lineal:

Esta ecuación se puede poner en forma de estado, definiendo

p i ( 0 = s ( t )

U 2(í) = 5 (t)

lo que permite escribir el modelo anterior en forma de representación de estado

Este sistema de ecuación contiene el término integral

Tr (t) = fh(t — s)8(s)ds = h(t) * S(t)

Jo

el cual puede considerarse como un sistema lineal cuya entrada es ^ y salida Tr(t). Con el procedimiento de Prony, este sistema se puede transformar luego en la representación de estado equivalente:

x r(t) = Arx,.(t)+Br5(t)

Tr(t) = Crxr(t)Dr8(t)

o

(xr (t) = A rxr (t) Brx2(t)

=Cr xr ( t) Dr x2(í)

dondeXres un estado interno (inaccesible) que no tiene significado físico particular y (Ar,Br, Cr, Dr)son las matrices de realización de estado.

Combinando las dos representaciones de estado, se obtiene

o, de manera equivalente

donde

x ( t)= [x-,(0x2(t) x ? (f) ]T

r^iCO'

<y =>Á t)

y

Debido al términofc(x(t)),el sistema no es lineal. El sistema tiene dos entradas,Tw(t)yu(t),y dos salidasxi(t) = S(t)yx2(t) =La entradarw(t)no es mensurable y es desconocida. El problema a resolver es estimarlo a partir de las cantidades medidasu(t)(momento aplicado por la máquina de conversión PTO), W y (posición y velocidad angular de la parte móvil).

Si el movimiento principal del sistema de energía undimotriz era un movimiento de traslación y el problema era estimar la fuerza de excitación de la ola, se aplican los mismos desarrollos reemplazando la posición y la velocidad angulares por posiciones y velocidades y todos los momentos por fuerzas.

Para realizar la estimación, en primer lugar se discretiza el sistema de estado anterior (porque las medidas se muestrean y el algoritmo de estimación se ejecuta mediante una calculadora), con el método de Euler. Lo que da, para un periodo de muestreoTsdado:

(x (k+ 1) =Adx(k)4-f d{x (k ))+Bdzw(k) - Bdu (k)

|y(/c) =Cdx {k )

dondeAd = I Ts, fd(x(k)) = Tsfc(x(k)), Bd = TsBc, Cd = CceIes la matriz identidad de dimensiones apropiadas.

Para estimar el momentoTw(k)de excitación, se le considera como un estado, introduciendo un modelo matemático que vinculaTw(k)yTw(k 1),en este caso

Tw(k 1) — Tw(k) £m(k)

donde£m(k)describe la variación deTw(k)y se considera como un número aleatorio. En otros términos, este modelo supone que en cada instante k, el momento de excitación se aleja en un paso (en una cantidad) aleatorio de su valor precedente, y que estos pasos están distribuidos independiente e idénticamente en tamaño.

Se acopla este modelo de marcha aleatoria de la fuerza de excitación a un modelo más realista de la dinámica de la parte móvil

donde£x (k)representa las dinámica no modeladas (fricción de la toma de fuerza, no linealidad hidrostática, etc.) yv(k)describe el ruido de medición en la posición y la velocidad del flotador.

Combinando el modelo de marcha aleatoria de la fuerza de excitación y la dinámica no lineal de la parte móvil, se obtiene el sistema aumentado

o, de manera equivalente,

(xa(k1) =Aaxa(k )+ fa(x a(k )) Bau (k)e(k)

W ) =+ v (k )

donde

x(k) £x (k)

xa(k) = f a(xa(k )) = fd (x (k )),e(k)

Tw(k )0em(k)

y

- B „

Aa = [ A¿ B? l Ba = [ Qa].C a = [Cd0]

Así, el problema de estimarTw(k),se convierte en un problema de estimación de estado.

Una manera de estimar el vector de estado desconocidoxa(k),teniendo en cuenta informaciones sobree(k)yv(k),es aplicar el algoritmo del filtro de Kalman (KF). En el procedimiento propuesto, se utiliza el filtro Kalman sin perfume (UKF) para tratar la no linealidad del sistema. El UKF es generalmente más robusto y preciso que el filtro de Kalman extendido (EKF), que trata la no linealidad haciéndola lineal. Además, en este escenario, la presencia del término de arrastre, cuya derivada no es continua, hace que el EKF sea inaplicable.

Al igual que el EKF, el UKF realiza la estimación a través de dos etapas, predicción de estado y corrección de las mediciones, excepto que estas dos etapas están precedidas de una etapa previa para el cálculo de los “puntos sigma”. Los puntos sigma son un conjunto de muestras calculadas de tal manera que pueden propagar con precisión las informaciones de media y varianza en el espacio de una función no lineal.

Según una implementación de la invención, se pueden adoptar las siguientes hipótesis:

- el estado inicial xa(0) es un vector aleatorio con media m(0) =E[xa(0)]y covarianza P(0) =E[(xa(0)-m(0))(xa(0)-m(0))T] ;

-e(k)yv(k)son ruidos gaussianos con matrices de covarianza Q y R, respectivamente;

y las siguientes notaciones:

-xa(k\k-1)es la estimación dexa(k)a partir de mediciones hasta el instantek- 1, o sea,y(k- 1), y(k - 2), ... yu(k- 1) ,u(k- 2), ...

-xa(k\k)es la estimación dexa(k)a partir de mediciones hasta el instante k, es decir,y(k), y (k- 1), ... yu(k), u(k)- 1), ... -Px(k\k- 1) es la matriz de covarianza dexa(k)de las mediciones hasta el instantek- 1, es decir,y(k- 1),y(k- 2), ... yu(k- 1),u(k- 2), ...

-Px(k\k)es la matriz de covarianza dex(k)desde las mediciones hasta el instantek,es decir,y(k), y(k- 1), ... yu(k), u(k- 1) , ...

Para esta implementación, las tres etapas del procedimiento UKF pueden ser:

1. Cálculo de los puntos sigma

Sean

A

W f=

n+A’

dondeA = (a2 -1)n es un parámetro de puesta a escala,nes la dimensión del estadoxa(k), aes un parámetro que determina la dispersión de los puntos sigma alrededor dex(k - 1\k -1 )y al cual generalmente se le da un valor positivo pequeño, por ejemplo 10-3,<y>es un parámetro utilizado para incorporar el conocimiento a priori de la distribución de x: para una distribución gaussiana,y= 2 es óptimo.

En el momentok- 1, se considera la siguiente elección de puntos sigma (conjunto de puntos que codifica exactamente las informaciones de media y varianza):

x0(k -1) =x a(k -1|k -1)

x¿(k -1) =xa(k - l\k -1)+ >Jn ÁSi(k— 1),i = 1,2, ...,nxi+n(k -1) =xa(k -l|fc - 1) - V ñ TS¡(k- l ) , í = 1,2, ...,n dondeSi(k- 1) es la i-ésima columna de la raíz cuadrada matricial dePx (k - 1\k -1),o sea

Pxk\k -1 = S(k - 1)TS(k - 1)

2. Actualizando predicciones

Cada punto sigma se propaga a través del modelo no lineal que representa la evolución de los estados:

x j(k \k -1) =Aax j{k- 1)f a ( x j( ,k -1))Bau(k -1),j =0 ,1 ,...,2n

La media y la covarianza dexa(k\k -1),la predicción dexa(k\k -1),se calculan como

Los estados predichosx¡(k\k -1 )se utilizan en la ecuación de estado de salida, lo que da:

La media y la covarianza dey(k\k -1 )se calculan como

mientras que la covarianza cruzada entrexa(k\k -1 )ey(k\k -1 )es:

271

Pxy(k\k- 1) = ^W f(x j(k \k- 1) -xa(k\k -1 ))(y j(k \k- 1) -y (k \k -1))

i=o

3. Actualización a partir de mediciones

Como en el filtro lineal de Kalman, la estimación final del estado se obtiene corrigiendo la predicción con una realimentación sobre el error de predicción en la salida (medida):

donde la ganancia K viene dada por

K = Pxy(k\k - 1)Py(k\k-1)KT

La covarianza a posterior de la estimación se actualiza con la siguiente fórmula:

Se utilizan las siguientes reglas para elegir las matricesPo(covarianza del estado inicial) y R:

- Si el estado inicialxa(k)en el instantek = 0es bien conocido, es decir m(0) “ xa(0), entoncesPo-1es grande;

- Si hay mucho ruido en las mediciones dey(k),entoncesRes pequeño.

Es más complejo elegir Q. Generalmente se toma en forma diagonal, de la siguiente manera

0

Q m .

conQm » Qx.

El procedimiento basado en el UKF y el modelo de marcha aleatoria de la fuerza de las olas según esta implementación se puede resumir de la siguiente manera:

- Se Inicializak= 0, el vector de estado xa(0|0)=m(0) y el estado de la matriz de covarianza, P(0|0) =Po

- En cada instante k:

- se utilizan:

o las mediciones de la posición y velocidad del medio móvily(k)= y de la fuerza ejercida por la PTO sobre el medio móvilu(k)

olos resultados de las estimaciones del paso anteriorXa(k- 1|k -1), P(k - 1|k - 1)

o los parámetrosQ, R(matrices de covarianza)

- se determina la fuerzaTwde excitación ejercida por el oleaje incidente sobre el medio móvil, denominada para este modo de realizaciónrW(k),implementando las siguientes etapas:

o se aplican las tres etapas del algoritmo del filtro de Kalman sin perfume para obtenerxa(k\k),P(k\k) descritos anteriormente, así se estima el estado completo con su matriz de covarianza:

x(k)

*a (fe) =

siendoxa(k)el vector de estado desconocido*w(H) Aa, Ba, Ca, Dade las matrices de realización de estado, P la matriz de covarianza del vector de estado, Q y R de las matrices de calibración.

o y se extrae la última componente del vector de estado estimado, es decir la fuerza de excitación Tw ejercida por el oleaje incidente sobre el medio móvil mediante una ecuación de la forma:w(k)= [0 1]xa(k[k)

7) Control del sistema de energía undimotriz.

Se trata de una etapa facultativa. Durante esta etapa, se controla el sistema de energía undimotriz para tener en cuenta la fuerza de excitación ejercida por el oleaje incidente. De esta forma, es posible controlar el sistema de energía undimotriz, con el fin de optimizar la energía recuperada.

El control puede consistir en un control del medio móvil del sistema de energía undimotriz, por ejemplo mediante una máquina de conversión eléctrica, neumática o hidráulica, denominado sistema PTO (del inglés “power take off”). Este sistema PTO influye en el movimiento del medio móvil y permite transferir la energía mecánica a la red eléctrica, neumática o hidráulica. El control predictivo de modelo (MPC) es un ejemplo de un método para controlar sistemas de energía undimotriz.

Ejemplos comparativos

Las características y ventajas del procedimiento según la invención aparecerán más claramente con la lectura de los ejemplos comparativos siguientes.

Para los ejemplos, se considera un sistema de energía undimotriz con postigo, como se ilustra en la Figura 1, a pequeña escala para pruebas en una piscina.

Los parámetros hidrodinámicos del sistema de energía undimotriz se describen en la Tabla 1.

Tabla 1 - Parámetros hidrodinámicos del sistema de energía undimotriz

Además, para la representación del estado del sistema de energía undimotriz se utilizan las siguientes matrices:

En primer lugar, para este sistema de energía undimotriz, la fuerza de excitación ejercida por la onda sobre el medio móvil se determina mediante el procedimiento según la técnica anterior descrito en la solicitud de patente FR 3049989, mediante un filtro de Kalman lineal tras formación lineal del término de arrastre. La Figura 2 ilustra las curvas del parTwde excitación en Nm ejercido por la onda sobre el medio móvil en función del tiempo T en segundos, para una onda regular. La curva REF en líneas continuas corresponde al par de referencia, realmente ejercido, y la curva EST en líneas de puntos corresponde al par estimado mediante este procedimiento de la técnica anterior. Se observa que el procedimiento según la técnica anterior con el filtro lineal de Kalman da resultados imprecisos, con una imprecisión que aumenta con la amplitud del oleaje.

En segundo lugar, para este sistema de energía undimotriz, se determina la fuerza de excitación ejercida por el oleaje sobre el medio móvil por medio del procedimiento según la invención (mediante un filtro Kalman sin perfume). La figura 3 ilustra las curvas del parTwde excitación en Nm ejercido por el oleaje sobre el medio móvil en función del tiempo T en segundos, para una ola regular. La curva REF en línea continua corresponde al par de referencia, realmente ejercido, y la curva EST en línea de puntos corresponde al par estimado mediante este procedimiento según la invención. Las curvas REF y EST están superpuestas, lo que muestra que el procedimiento según la invención permite una determinación precisa del par de excitación ejercido por el oleaje sobre el medio móvil.

En tercer lugar, se repite la segunda prueba de la Figura 2 para un oleaje irregular. La figura 4 ilustra las curvas del parTwde excitación en Nm ejercido por el oleaje sobre el medio móvil en función del tiempo T en segundos, para una ola irregular. La curva REF en línea continua corresponde al par de referencia, realmente ejercido, y la curva EST en línea de puntos corresponde al par estimado mediante este procedimiento según la invención. Las curvas REF y EST están superpuestas, lo que muestra que el procedimiento según la invención permite una determinación precisa del par de excitación ejercido por el oleaje sobre el medio móvil, incluso para un oleaje irregular.

Por lo tanto, el procedimiento según la invención es muy adecuado para determinar con precisión la fuerza de excitación ejercida por el oleaje sobre el medio móvil, en particular de un sistema de energía undimotriz no lineal.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Procedimiento de determinación de una fuerza de excitación ejercida por el oleaje sobre un medio móvil (2) de un sistema (1) de energía undimotriz, convirtiendo dicho sistema (1) de energía undimotriz la energía del oleaje en energía mediante dicho medio móvil (2) que coopera con una máquina (3) de conversión, realizando dicho medio móvil (2) un movimiento con respecto a dicha máquina (3) de conversión bajo la acción del oleaje, caracterizado por que se realizan las siguientes etapas: a) se miden la posición y velocidad de dicho medio móvil (2); b) se mide la fuerza u ejercida por dicha máquina (3) de conversión sobre dicho medio móvil (2); c) se construye un modelo de la fuerzaTradde radiación ejercida sobre dicho medio móvil (2), vinculando dicho modelo de la fuerza de radiación dicha fuerzaTradde radiación con la velocidad de dicho medio móvil (2); d) se construye un modelo no lineal de la fuerzaTdde arrastre ejercida sobre dicho medio móvil (2), vinculando dicho modelo de la fuerza de arrastre dicha fuerzaTdde arrastre con la velocidad de dicho medio móvil (2); e) se construye un modelo dinámico de dicho sistema de energía undimotriz, vinculando dicho modelo dinámico dicha fuerzaTwde excitación ejercida por el oleaje incidente sobre dicho medio móvil (2), con dicha posición de dicho medio móvil (2), a dicha velocidad del medio móvil (2), a dicha fuerza u ejercida por dicha máquina (3) de conversión sobre dicho medio móvil (2), a dicha fuerza de radiaciónTradejercida sobre dicho medio móvil (2) y a dicha fuerzaTdde arrastre ejercida sobre dicho medio móvil parte (2); y f) se determina dicha fuerzaTwde excitación ejercida por el oleaje incidente sobre dicho medio móvil (2) mediante dicho modelo dinámico, de dicho modelo de la fuerza de radiación, de dicho modelo de la fuerzaTdde arrastre, de dicha posición y velocidad medidas y de dicha fuerza medida u ejercida por dicha máquina (3) de conversión sobre dicho medio móvil (2) y por medio de un filtro Kalman sin perfume construido sobre la base de un modelo de marcha aleatorio de dicha fuerza de excitación ejercida por el oleaje incidente sobre dicho medio móvil (2).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se construye dicho modelo dinámico de dicho sistema de energía undimotriz mediante una ecuación del tipo: =Thd{t)+Trad{t)+Td{t)+Tw{t) - u(t)conleqel momento de inercia total de dicho medio móvil (2), 'W el ángulo de rotación de dicho medio móvil (2) con respecto a la posición de equilibrio, con ^ la aceleración angular de dicho medio móvil (2) y la velocidad angular de dicho medio móvil (2),Thd(t)el momento antagonista hidrostático,Tmd(t)el momento de radiación,Td(t)el momento de arrastre,Tw(t)el momento de excitación de la onda, yu(t)el momento ejercido por dicha máquina (3) de conversión sobre dicho medio móvil (2).
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que se determina el momento antagonista hidrostático T<hd>(t) mediante una fórmula del tipo: Thd ( í) =~KS(t) donde K es el coeficiente de rigidez hidrostática.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se construye dicho modelo de la fuerza de radiación mediante una ecuación del tipo: Trad(t)=-I-°S(t) - Tr(t) con I~ es el momento de inercia añadido a frecuencia infinitamente alta y rr(t) = Jr0t h<,>(t — s)S(s)ds - h(t) * S(t) con h la respuesta del impulso que une la velocidad del medio móvil con la amortiguación de radiación y l a velocidad angular de dicho medio móvil (2).
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se construye dicho modelo de fuerza de arrastre mediante una ecuación del tipo: ;donde /3 es el coeficiente de arrastre y^ la velocidad angular de dicho medio móvil (2).
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho modelo de la fuerza de arrastreFdpuede escribirse mediante una ecuación de la forma: Fd(t) = m ) \ m \ siendo3el coeficiente de arrastre, yzla velocidad del medio móvil.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se determina dicha fuerza de excitación Tw ejercida por el oleaje incidente sobre dicho medio móvil (2) implementando las siguientes etapas: i) se inicializa k = 0, el vector de estado xa(0|0) = m(0) y el estado de la matriz de covarianza P(0|0) =Po,¡i) en cada instante k dado, se adquieren dichas mediciones de posición y de velocidad de dicho medio móvily(k) = [6(t) A*)]y la medición de dicha fuerzau(k)ejercida por dicha máquina de conversión sobre dicho medio móvil; y iii) en cada instante k, se determina la fuerzafw(k)de excitación ejercida por el oleaje incidente sobre dicho medio móvil (2) mediante las siguientes ecuaciones: <tw>(A:)=[ 0l]xa(k\k) Px(k\k) = Px(k\k- 1) -KPy (k\k - 1)KT K = Pxy(k\k - l)Py{k\k - l ) - 1 x(k) = xa(k\k- 1)K(y(k) - y(k\k -1))

x¡>n( / c - 1)— xa(k — l\k -1) -yjn J S i ( k -l ) , i = 1,2......ndondeS(k- 1) es la i-ésima columna de la raíz cuadrada matricial dePx(k- 1|k - 1), es decir Px{k\k- 1) =S(k - 1 ) TS(k -1) x(/c) xa(k) = xa(k)es el vector de estado desconocido<TwWJ>Aa, Ba, Ca y Damatrices de la realización de estado, P la matriz de covarianza del vector de estado y Q y R matrices de calibración.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se controla dicho sistema de energía undimotriz dependiendo de dicha fuerza de excitaciónTwdeterminada ejercida por el oleaje incidente sobre dicho medio móvil (2).
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho sistema de energía undimotriz es un sistema de energía undimotriz sumergido con diferencial de presión de forma plana, de tipo máquina de masa giratoria que cabecea en la superficie o del tipo de sistema de energía undimotriz con postigo.
10. Sistema de energía undimotriz, caracterizado por que comprende medios de medición y control, en particular medios de control informático, que implementan un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9.