一种基于UDP通信的波浪能转换器的W2G建模仿真方法

本发明涉及波浪能发电系统仿真，具体而言，涉及一种基于udp通信的波浪能转换器的w2g建模仿真方法。

背景技术：

1、波浪能转换器(wec)在波浪中运动时，其运行状态是波浪水动力和pto系统相互耦合的一个过程，并且浮子在波浪中运动时，流体的黏性效应等非线性因素影响也很大，因此单一的数学模型难以精确模拟wec在波浪中运动发电的整个过程。fluent可以对wec装置的浮子进行精确的cfd仿真，模拟浮子在波浪中的运动过程。matlab/simulink常用于电力系统的仿真计算，可以搭建wec发电系统的数学仿真模型。

2、然而，现有技术中单一仿真方法无法同时考虑流体的黏性效应问题以及浮子与水动力的耦合问题，导致wec在波浪中运动发电模拟不准确。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出了一种基于udp通信的波浪能转换器的w2g建模仿真方法，通过联合仿真的方式克服单一软件无法进行wec波-网精确建模的问题。

2、为实现上述目的，本发明提出了一种基于udp通信的波浪能转换器的w2g建模仿真方法，包括以下步骤：

3、分别构建波浪能转换器的浮子cfd计算模型和发电并网系统模型；

4、基于所述浮子cfd计算模型模拟波浪能转换器的浮子在海洋波浪中的运动过程，基于所述发电并网系统模型模拟波浪能转换器的电能转换并网过程；

5、在模拟过程中，基于udp通信实现所述浮子cfd计算模型和所述发电并网系统模型之间的数据交互。

6、可选地，所述浮子cfd计算模型的构建过程包括：

7、在fluent软件中构建波浪能转换器的浮子三维模型和对应的数值波浪水池计算模型，根据浮子运行特点获取所述浮子三维模型的基本参数和运行参数，并设置所述浮子cfd计算模型的第一初始运行参数；

8、构建udf函数，将所述第一初始运行参数和所述数值波浪水池计算模型计算得到的浮子运动数据作为待发送数据写入所述udf函数中；运行fluent软件，获取fluent软件输出数据。

9、可选地，在fluent软件中构建波浪能转换器的浮子三维模型和对应的数值波浪水池计算模型的过程包括：

10、根据试验技术规范确定所述数值波浪水池计算模型的大小尺寸；

11、基于所述大小尺寸构建所述数值波浪水池计算模型，并基于ansys mesh划分计算域网格；

12、将浮子三维模型导入所述数值波浪水池计算模型，建立重叠区域，并基于ansysmesh划分计算域网格；

13、对自由面以及浮子周围计算域网格进行加密处理。

14、可选地，基于所述大小尺寸构建所述数值波浪水池计算模型的过程中，对不含浮子的空数值波浪水池进行网格无关性验证和时间步无关性验证，其次在所述数值波浪水池计算模型中设置浪高仪，检测产生的波浪高度。

15、可选地，所述第一初始运行参数包括：

16、计算域的大小选取；明渠造波方式；湍流模型选取；计算域边界条件设置；重叠网格设置；六自由度运动限制条件；所述浮子cfd计算模型的求解器类型及时间参数。

17、可选地，所述fluent软件输出数据包括：波浪能转换器浮子在波浪中的运动速度、位移以及所受水动力。

18、可选地，所述发电并网系统模型的构建过程包括：

19、在matlab/simulink软件中分别构建波浪能转换器的pto系统模型；永磁同步发电机模型；pwm变流器模型；mppt控制器模型；比例谐振控制器模型；变压器电网模型；滤波器模型；

20、对各模型设置第二初始运行参数，运行matlab/simulink软件，获取matlab/simulink软件输出数据。

21、可选地，所述第二初始运行参数包括：

22、永磁同步发电机的额定参数；机侧变流器及其控制器的参数；直流母线电容值及电压；滤波器的类型及参数；网侧变换器及其控制器的参数；电网参数；所述发电并网系统模型的求解器类型及时间参数。

23、可选地，所述matlab/simulink软件输出数据包括：

24、波浪能转换器发电系统的pto反作用力、磁力丝杆转子转速，发电机输出功率，直流母线电压，并网有功功率和无功功率。

25、可选地，基于udp通信实现所述浮子cfd计算模型和所述发电并网系统模型之间的数据层交互的过程包括：

26、在所述浮子cfd计算模型的运行模拟过程中，通过在fluent软件的udf函数文件中编写代码配置udp通信端口，将浮子在波浪中的运动速度设置为待发送数据，并通过define_execute_at_end宏在每次迭代结束后运行udp通信；

27、在所述发电并网系统模型的运行模拟过程中，在matlab/simulink软件中通过instrument control toolbox搭建udp通信的服务器端，将pto反作用力设置为待发送数据，并利用udp receive和udp send模块接收和发送数据进行udp通信；

28、设置fluent软件中的时间步长与matlab/simulink软件中的时间步长一致，在软件运行过程中，相互交换待发送数据，以此迭代运行。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果在于:

30、本发明的方法在不同方阵仿真环境中分别建立wec浮子cfd计算模型和wec发电并网系统模型，通过udp通信方式实现数据层交互，以此建立wec从波浪到电网的完整模型。fluent软件用于cfd仿真计算，可以精确模拟浮子在海洋波浪中的运动过程，分析运动过程中的流体动力信息。matlab/simulink软件用于电力系统仿真分析计算，可以精确建立发电机、电力电子变流器、控制器等模型，分析电能转换并网过程。通过联合仿真的方式综合利用两个软件的优势，克服了单一软件无法进行wec波-网精确建模的问题。

技术特征：

1.一种基于udp通信的波浪能转换器的w2g建模仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于udp通信的波浪能转换器的w2g建模仿真方法，其特征在于，所述浮子cfd计算模型的构建过程包括：

3.根据权利要求2所述的基于udp通信的波浪能转换器的w2g建模仿真方法，其特征在于，在fluent软件中构建波浪能转换器的浮子三维模型和对应的数值波浪水池计算模型的过程包括：

4.根据权利要求3所述的基于udp通信的波浪能转换器的w2g建模仿真方法，其特征在于，基于所述大小尺寸构建所述数值波浪水池计算模型的过程中，对不含浮子的空数值波浪水池进行网格无关性验证和时间步无关性验证，其次在所述数值波浪水池计算模型中设置浪高仪，检测产生的波浪高度。

5.根据权利要求2所述的基于udp通信的波浪能转换器的w2g建模仿真方法，其特征在于，所述第一初始运行参数包括：

6.根据权利要求2所述的基于udp通信的波浪能转换器的w2g建模仿真方法，其特征在于，所述fluent软件输出数据包括：波浪能转换器浮子在波浪中的运动速度、位移以及所受水动力。

7.根据权利要求1所述的基于udp通信的波浪能转换器的w2g建模仿真方法，其特征在于，所述发电并网系统模型的构建过程包括：

8.根据权利要求7所述的基于udp通信的波浪能转换器的w2g建模仿真方法，其特征在于，所述第二初始运行参数包括：

9.根据权利要求7所述的基于udp通信的波浪能转换器的w2g建模仿真方法，其特征在于，所述matlab/simulink软件输出数据包括：

10.根据权利要求1所述的基于udp通信的波浪能转换器的w2g建模仿真方法，其特征在于，基于udp通信实现所述浮子cfd计算模型和所述发电并网系统模型之间的数据层交互的过程包括：

技术总结本发明提供了一种基于UDP通信的波浪能转换器的W2G建模仿真方法，步骤包括：分别构建波浪能转换器的浮子CFD计算模型和发电并网系统模型；基于浮子CFD计算模型模拟波浪能转换器的浮子在海洋波浪中的运动过程，基于发电并网系统模型模拟波浪能转换器的电能转换并网过程；在模拟过程中，基于UDP通信实现浮子CFD计算模型和发电并网系统模型之间的数据层交互。本发明采用Fluent软件精确分析运动过程中的流体动力信息，采用MATLAB/Simulink软件用于电力系统仿真分析计算，分析电能转换并网过程。通过联合仿真的方式综合利用两个软件的优势，克服了单一软件无法进行WEC波‑网精确建模的问题。技术研发人员：吴卫民,樊国东,安丽琼受保护的技术使用者：安徽理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2