(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210968058.X (22)申请日 2022.08.12 (71)申请人 南方电网电力科技股份有限公司 地址 510000 广东省广州市越秀区西华路 捶帽新街1-3号华业大厦附楼501-503 室 (72)发明人 杨毅　刘石　郭欣然　刘志刚　 梁崇淦　王红星　区文俊　李铭钧　 段新辉　 (74)专利代理 机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 专利代理师 杨艺 (51)Int.Cl. F03B 13/16(2006.01) F03B 11/00(2006.01)G06F 30/27(2020.01) G06Q 50/06(2012.01) (54)发明名称 一种波浪能发电转换单元阵列设计方法、 系 统及设备 (57)摘要 本发明涉及波浪能技术领域， 公开了一种波 浪能发电转换单元阵列设计方法、 系统及设备。 本发明构造由预置数量的外形相同的波浪能发 电转换单元 组成的波浪能发电转换单元阵列； 根 据所述波浪能发电转换单元阵列所布放海域的 平均波浪周期范围， 设计各所述波浪能发电转换 单元的固有频率不同且接近； 并以基频为对应设 计的固有频率为目标， 满足体积约束为约束条 件， 对各所述波浪能发电转换单元的结构拓扑进 行优化。 本发 明使各波浪能发电转换单元的固有 频率不同且接近， 通过各频带的重叠以产生宽频 带的效果， 拓宽波浪能发电系统的有效工作带 宽， 解决了因波浪能发电转换装置有效工作带宽 窄导致的能量捕获效率较差且发电不稳定的技 术问题。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115288921 A 2022.11.04 CN 115288921 A 1.一种波浪能发电转换 单元阵列设计方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 构造由预置数量的外形相同的波浪能发电转换 单元组成的波浪能发电转换 单元阵列； 确定所述波浪能发电转换单元阵列 所布放海域的平均波浪周期范围， 根据所述平均波 浪周期范围， 设计各 所述波浪能发电转换 单元的固有频率 不同且接 近； 对各所述波浪能发电转换单元的结构拓扑进行优化， 包括： 定义波浪能发电转换单元 的拓扑优化设计域， 运用有限元对所述拓扑优化设计域进行离散， 以基频为对应设计的固 有频率为目标， 满足体积约束为约束 条件， 建立相应的拓扑优化模型， 基于所述拓扑优化模 型进行拓扑优化 求解， 得到最优的波浪能发电转换 单元结构。 2.根据权利要求1所述的波浪能发电转换单元阵列设计方法， 其特征在于， 所述方法包 括： 设置所述预置数量的范围为3～8。 3.根据权利要求1所述的波浪能发电转换单元阵列设计方法， 其特征在于， 所述根据 所 述平均波浪周期范围， 设计各 所述波浪能发电转换 单元的固有频率 不同且接 近， 包括： 按照下列公式设计各 所述波浪能发电转换 单元的固有频率： 式中， fi表示第i个波浪能发电转换单元的固有频率， Tmin为所述平均波浪周期范围 的下 限， Tmax为所述平均波浪周期范围的上限， N为波浪能发电转换单元阵列的波浪能发电转换 单元数量， i＝1,2,…,N。 4.根据权利要求1所述的波浪能发电转换单元阵列设计方法， 其特征在于， 所述以基频 为对应设计的固有频率为目标， 满足体积约束为约束条件， 建立相应的拓扑优化模型， 包 括： 建立所述拓扑优化模型为： 式中， Vr表示第r个体积约束对应的体积， Vrmin表示第r个体积约束对应的体积下限， Vrmax表示第r个体积约束对应的体积上限， R为体积约束的数量， ty表示第y个拓扑变量， M为 拓扑优化设计域中离 散划分的单 元总数。 5.一种波浪能发电转换 单元阵列设计系统， 其特 征在于， 所述系统包括： 第一模块， 用于构造由预置数量的外形相同的波浪能发电转换单元组成的波浪能发电 转换单元阵列； 第二模块， 用于确定所述波浪能发电转换单元阵列所布放海域的平均波浪周期范围， 根据所述平均波浪周期范围， 设计各 所述波浪能发电转换 单元的固有频率 不同且接 近； 第三模块， 用于对各所述波浪能发电转换单元的结构拓扑进行优化， 包括： 定义波浪能 发电转换单元 的拓扑优化设计域， 运用有限元对所述拓扑优化设计域进行离散， 以基频为 对应设计的固有频率为目标， 满足体积约束为约束 条件， 建立相应的拓扑优化模 型， 基于所权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115288921 A 2述拓扑优化模型进行拓扑优化 求解， 得到最优的波浪能发电转换 单元结构。 6.根据权利要求5所述的波浪能发电转换单元阵列设计系统， 其特征在于， 所述第 一模 块包括： 第一单元， 用于设置所述预置数量的范围为3～8。 7.根据权利要求5所述的波浪能发电转换单元阵列设计系统， 其特征在于， 所述第 二模 块包括： 第二单元， 用于按照下列公式设计各 所述波浪能发电转换 单元的固有频率： 式中， fi表示第i个波浪能发电转换单元的固有频率， Tmin为所述平均波浪周期范围 的下 限， Tmax为所述平均波浪周期范围的上限， N为波浪能发电转换单元阵列的波浪能发电转换 单元数量， i＝1,2,…,N。 8.根据权利要求5所述的波浪能发电转换单元阵列设计系统， 其特征在于， 所述第 三模 块包括： 第三单元， 用于建立所述拓扑优化模型为： 式中， Vr表示第r个体积约束对应的体积， Vrmin表示第r个体积约束对应的体积下限， Vrmax表示第r个体积约束对应的体积上限， R为体积约束的数量， ty表示第y个拓扑变量， M为 拓扑优化设计域中离 散划分的单 元总数。 9.一种波浪能发电转换 单元阵列设计设备， 其特 征在于， 包括： 存储器， 用于存储指令； 其中， 所述指令用于实现如权利要求1 ‑4任意一项所述的波浪 能发电转换 单元阵列设计方法； 处理器， 用于执 行所述存储器中的指令 。 10.一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执行时实现如权利要求1 ‑4任意一项所述的波浪能发电转 换单元阵列设计方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115288921 A 3