[發(fā)明專利]一種基于傅氏分析和改進(jìn)灰狼算法的波浪發(fā)電裝置功率控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910251990.9
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN110145432B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧思靈;楊俊華;熊鋒俊
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: F03B15/00
• 分類號: F03B15/00;F03B13/14
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 楊曉松

1.一種基于傅氏分析和改進(jìn)灰狼算法的波浪發(fā)電裝置功率控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：進(jìn)行波浪發(fā)電裝置的最大功率點(diǎn)跟蹤控制分析，求出可改變波浪發(fā)電裝置平均輸出功率的直線電機(jī)電磁力控制參數(shù)；

S2：對灰狼算法進(jìn)行改進(jìn)，提高其尋優(yōu)能力；

S3：將通過步驟S2改進(jìn)后的灰狼算法應(yīng)用于波浪發(fā)電裝置最大功率點(diǎn)跟蹤控制中，避免直線電機(jī)電磁力控制參數(shù)陷入局部最優(yōu)；

S4：引入傅氏分析法分解海洋入射波和電機(jī)運(yùn)動(dòng)部件響應(yīng)，對浮子捕獲頻率范圍內(nèi)的每個(gè)波浪分量，使用改進(jìn)后的灰狼算法求解對應(yīng)的最佳直線電機(jī)電磁力控制參數(shù)，最大限度地捕獲其攜帶的功率，從而實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤；

步驟S1中，求出波浪發(fā)電裝置平均輸出功率的具體步驟如下：

S1-1：進(jìn)行波浪發(fā)電裝置浮子的水動(dòng)力分析：

浮子隨波浪入射而上下運(yùn)動(dòng)，由系纜牽引直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)；假定浮子處于水深為h的理想流體中，建立坐標(biāo)系，并令無波浪時(shí)水面z(x,y)＝0；實(shí)際海洋入射波可視為一系列不同頻率正弦波分量的疊加；波浪中浮子受到的水動(dòng)力為：

f_wt＝f_s+f_r+f_b； (1)

(1)式中，f_s為浮子受到的波浪激勵(lì)力，f_r為浮子受到的輻射力，f_b為浮子受到的靜水恢復(fù)力；

其中，浮子受到的波浪激勵(lì)力：

(3)式中，為入射角為0的科欽函數(shù)；S為浮子表面；V為浮子體積；為入射波速度勢；為浮子在波浪作用下發(fā)生垂蕩，產(chǎn)生的輻射波速度勢，W_hi為浪高系數(shù)，j為虛數(shù)單位，ω為海浪頻率，k為波數(shù)，h為波高；

浮子受到的輻射力：

浮子受到的靜水恢復(fù)力：

f_b＝-ρgS_wz(t)＝-k_Sz(t)； (5)

(5)式中，S_w為浮子面積，K_s為常數(shù)；

S1-2：進(jìn)行波浪發(fā)電裝置功率點(diǎn)跟蹤優(yōu)化分析：

根據(jù)牛頓定律，波浪發(fā)電裝置運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)力學(xué)方程為：

式(2)中，f_wt(t)為水動(dòng)力，f_v(t)為流體粘滯力，f_f(t)為摩擦力，f_g(t)為直線電機(jī)電磁力，m為運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量，為浮子運(yùn)動(dòng)加速度；

浮子處于理想流體中時(shí)，忽略研究對象流體粘滯力和摩擦力，將(4)，(5)，(1)代入(2)得到可得：

式(6)中，z(t)為浮子運(yùn)動(dòng)位移，f_s(t)為浮子受到的波浪激勵(lì)力；

當(dāng)且僅當(dāng)直線電機(jī)存在恰當(dāng)電磁力時(shí)，可使能量從波浪饋入電網(wǎng)，記直線電機(jī)電磁力f_g(t)為：

式(7)中，R_g、k_c、k_l為直線電機(jī)電磁力控制參數(shù)；

波浪發(fā)電裝置捕獲的瞬時(shí)功率為：

波浪頻率會(huì)影響波浪發(fā)電裝置輸出功率，將式(8)代入式(7)，并進(jìn)行傅里葉變換，從頻域分析運(yùn)動(dòng)部件響應(yīng)：

(jω)²(m+m_a(ω)+k_l)z(jω)＝F_s(jω)-jω(R_a(ω)+R_g)z(jω)-(k_S+k_c)z(jω)； (9)

式(9)中R_a(ω)為附加阻力，m_a(ω)為附加質(zhì)量，z(jω)為浮子在頻域的速度，F(xiàn)_s(jω)為浮子在頻域的水動(dòng)力；

不計(jì)直線電機(jī)鐵芯磁滯渦流損耗，波浪發(fā)電裝置平均輸出功率為復(fù)功率的實(shí)部：

式(10)中，F(xiàn)_g(jω)為系統(tǒng)在頻域的直線電機(jī)電磁力；

聯(lián)立式(9)和(10)，得波浪發(fā)電裝置平均輸出功率為：

式(11)中，m、k_S為常數(shù)，R_a(ω)、m_a(ω)與頻率存在非線性關(guān)系。