一种基于波浪能发电的海洋检测浮标装置的供能控制系统

本发明涉及海上发电技术及供能装置设计，特别是涉及一种基于波浪能发电的海洋检测浮标装置的供能控制系统。

背景技术：

1、传统化石能源日益枯竭，世界能源危机愈演愈烈，迫切需要加大对清洁能源的开发和利用。我国可再生能源发电领域呈现发展速度快、运行质量好、产业竞争强的良好态势，并取得了诸多里程碑式的成绩。可再生能源中太阳能、风能、核能以及海洋能等清洁能源的使用备受瞩目。其中，海洋能分布广泛，利用方便，能够提供巨大的能量，而波浪能作为海洋能的一种，分布广泛且能量密度大，是技术上相对成熟的海洋能之一，并且波浪能发电技术是一种有效的清洁能源的利用方式。此外，针对海洋应用场景设计的诸如海洋检测浮标等设备，倘若采用波浪能发电并为其供电的方式将会对海洋检测浮标领域乃至整个海洋装备的供能领域带来新的突破。

2、海洋浮标体是一种关键的海洋观测和测量设备，通常由浮标体和相关传感器组成，能够对海洋环境数据进行自动采集。海洋检测浮标上的传感器可以测量包括海洋温度、盐度、气压、风速、波浪等在内的多种参数，并将这些数据通过卫星、无线电或其他通信方式传回到地面站或数据中心。目前，广泛采用的波浪能发电系统包括振荡浮子式、振荡水柱式及振荡偏摆式等发电方式。此类波浪能发电方式虽然较为成熟，但也存在一些缺点，一是需要多级传动机构，体积较大，往往只能配置在超大型的海洋浮标中，成本较高；二是由于从能量获能端到发电端经过多级设备，能量的利用率低；三是传统波浪能发电设备需固定在某一处海域来进行发电，采用此种发电设备的浮标体也仅局限在某一固定海域处进行监测。

3、专利号为zl2021113601247，名称为“一种用于水下无人航行器的自动发电装置”的专利提出了一种利用波浪能进行发电的球形波浪能发电机，它通过波浪的运动带动配重小球摆动，进而带动球形转子转动的方式实现发电。相比于传统的波浪能发电方式采用此种方式的波浪能发电机摆脱了多级能量转换机构的限制，实现了直接从波浪的获能端到电机发电端的机电能量转换，缩小了发电设备的体积，结构也更加简单可靠。但是波浪具有不规则性、随机性和非线性的特点，不同时刻配重小球所获得的机械能大小也不尽相同。若是采用单一储能的方式，一旦储能电池中的电量低，再加上此时波浪平缓导致球形发电机发电量也很低时，储能电池可能存在电能耗尽，而无法为控制器及其他用电设备供电的情况。因此若采用此类型波浪能发电机作为供能源，用电设备可能会工作间断，而供电闪断所造成的过电压会破坏系统绝缘，损伤用电设备的电源系统，会对控制器等其他设备产生强烈的冲击，造成设备的损坏。对于专利申请号为201420155158.1，名称为“用于港口照明的波浪能发电系统”，专利中并未给出具体的波浪能发电系统，只是将波浪能发电站的电能进行储能，而后通过同相加法电路和逆变器等装置将电能输送到用电设备，没有考虑波浪能发电站的电能是否持能续且稳定地为用电设备供电。对于专利申请号为202010717741.7，名称为“一种自供能系统的波浪能发电装置及其发电方法”，该专利对目前的摩擦纳米发电机进行了改进，使得摩擦纳米发电机的发电效率有所提升，虽然该类型波浪能发电机应用前景同样广阔，但该专利仅仅是重点论述了采用特殊结构以提升摩擦纳米发电机效率的方式方法，未能对该类型波浪能发电机的具体应用场景进行阐述，也未能具体介绍利用该种波浪能发电机进行发电的波浪能发电系统的具体实施和控制方式。

4、因此，亟需一种基于波浪能发电的海洋检测浮标装置的供能控制系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于波浪能发电的海洋检测浮标装置的供能控制系统，针对发电量大小受波浪能的大小变化影响较大的波浪能发电系统进行设计，通过在海洋检测浮标上安装一种具有储能电池soc自动检测和控制开关自开断功能的装置，来保证储能电池电量低且波浪能发电机发电量少的情况下依然能为用电设备进行稳定可靠的供电，即海上用电设备供电的储能电池不受波浪能发电机某一时刻的输出和海洋波浪大小的限制，进而保证对海上用电设备供电的持续性和高可靠性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于波浪能发电的海洋检测浮标装置的供能控制系统，包括：发电模块、储能模块、控制模块；

4、所述发电模块，用于发电，并对所发出的电能进行整流，并将整流后的电能输入所述储能模块；

5、所述储能模块，用于基于所述整流后的电能进行充电，并为海洋检测浮标的信息采集装置和所述控制模块进行供电；

6、所述控制模块，用于对所述储能模块的充电和供电进行自动控制。

7、进一步地，所述发电模块包括：发电单元、整流单元；

8、所述发电单元，用于利用海洋波浪能进行发电，并将所发出的电能传输至所述整流单元；

9、所述整流单元，用于对所发出的电能进行整流，并将整流后的电能传输至所述储能模块。

10、进一步地，所述储能模块包括：储能单元，所述储能单元用于接收所述整流后的电能进行充电，并为所述海洋检测浮标的信息采集装置和控制模块进行供电。

11、进一步地，所述储能单元包括：第一储能电池和第二储能电池，所述第一储能电池和第二储能电池根据电量切换进行充电和供电。

12、进一步地，所述控制模块包括：储能电池检测单元、充放电控制单元；

13、储能电池检测单元，用于对所述储能单元进行soc检测，获取soc检测结果；

14、所述充放电控制单元，用于基于所述soc检测结果对所述储能单元的充电和供电进行自动控制。

15、进一步地，对所述储能单元进行soc检测包括：

16、构建所述储能单元的等效电路模型，并将所述等效电路模型离散化；

17、获取所述储能单元在工况下的输出电压和输出电流，将所述输出电压和输出电流代入离散化后的所述等效电路模型，采用带有遗忘因子的递推最小二乘法对所述储能单元进行在线参数辨识，获取所述储能单元的在线参数；

18、基于所述在线参数，采用sigma点采样和方差矩阵递推更新对所述储能单元进行soc在线估测，获取所述储能单元的soc估测值；

19、基于所述soc估测值确定所述储能单元的存储电量。

20、进一步地，基于所述soc检测结果对所述储能单元的充电和供电进行自动控制包括：

21、当第二储能电池的存储电量低于预设值时，控制所述第二储能电池的放电开关断开，充电开关闭合，为所述第二储能电池进行充电；同时控制第一储能电池的放电开关闭合，充电开关断开，通过所述第一储能电池为海洋检测浮标的信息采集装置和控制模块进行供电；

22、当所述第一储能电池的存储电量低于预设值时，控制所述第一储能电池的放电开关断开，充电开关闭合，为所述第一储能电池进行充电；同时控制所述第二储能电池的放电开关闭合，充电开关断开，通过所述第二储能电池为海洋检测浮标的信息采集装置和控制模块进行供电；

23、当所述第一储能电池和第二储能电池的存储电量均不低于预设值时，将所述第一储能电池和第二储能电池的充电开关均断开。

24、本发明的有益效果为：

25、(1)本发明是应用在基于波浪能发电的海洋检测浮标装置上的供能控制系统，该控制系统包括两组储能电池、四个开关和一个中央控制器，中央控制器控制储能电池与控制器和波浪能发电设备的连接，使得储能电池对海洋浮标上的用电设备供电不发生间断，提高了基于波浪能发电的海洋检测浮标上的供电系统的稳定性。

26、(2)本发明中所使用的硬件设备少，通过中央控制器检测储能电池soc的方式进行开关控制，控制方法可靠且易于实施。

27、(3)本发明不仅可适用在基于波浪能发电的海洋检测浮标上，还可以应用在其他发电机发电量受获能装置获能大小变化影响较大的发电系统中，提高系统的可靠性。