[發(fā)明專利]一種基于混沌飛蛾捕焰算法的波浪發(fā)電裝置的功率捕獲優(yōu)化方法

在審

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• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN110109350A
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳海峰;楊俊華;盧思靈;黃寶洲
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發(fā)明公開了一種基于混沌飛蛾捕焰算法的波浪發(fā)電裝置的功率捕獲優(yōu)化方法，以飛蛾捕焰算法為基礎(chǔ)，在改進(jìn)算法中加入基于混沌算子的新策略，利用混沌映射，隨機(jī)選取3個(gè)精英個(gè)體做線性組合，充分發(fā)揮優(yōu)化算子的遍歷性和隨機(jī)性，有效提高全局搜索能力。同時(shí)，在螺旋捕焰尋優(yōu)模式進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)光源適應(yīng)度權(quán)重因子，調(diào)整對數(shù)螺旋式尋優(yōu)路線，改善了飛蛾捕焰算法存在求解精度差的缺點(diǎn)。通過火焰自適應(yīng)調(diào)節(jié)措施，兼顧兩種捕焰模式之間在尋優(yōu)過程中發(fā)揮的優(yōu)勢，有效避免直線電機(jī)電磁力控制參數(shù)因水動(dòng)力模型非線性陷入局部最優(yōu)，求解在全局最優(yōu)鄰域內(nèi)的B_g、K_g，使得混沌飛蛾捕焰算法優(yōu)化控制下輸出的平均功率顯著提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及波浪發(fā)電的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種基于混沌飛蛾捕焰算法的波浪發(fā)電裝置的功率捕獲優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

海洋波浪能是一種清潔無污染新能源，其分布范圍廣、能量密度高，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α６ɡ税l(fā)電裝置是一種提取海洋能量的裝置，從器件研發(fā)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證到實(shí)際應(yīng)用示范，已具備一定的應(yīng)用條件。和風(fēng)能等其它新能源一樣，海洋波浪能存在很強(qiáng)的隨機(jī)性、間歇性和不確定性特點(diǎn)，如何提高波浪能捕獲效率，是實(shí)現(xiàn)波浪發(fā)電裝置商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵所在。最大功率跟蹤技術(shù)(MPPT)能夠有效提高海浪能捕獲效率，是波浪發(fā)電的核心技術(shù)。

就直驅(qū)式波浪發(fā)電系統(tǒng)而言，當(dāng)直線電機(jī)的動(dòng)子固有的自然頻率與波浪頻率相同時(shí)，兩者之間會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，此時(shí)直驅(qū)式波浪發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率最大，即波浪的捕獲率最大。但由于實(shí)際波浪有很強(qiáng)的時(shí)變性，而波浪發(fā)電系統(tǒng)是一個(gè)慣性高階系統(tǒng)，其固定的質(zhì)量和頻率較難改變，這就需要借助控制策略協(xié)調(diào)雙方的變化規(guī)律。但目前還沒有一種有效的控制方法能夠協(xié)調(diào)雙方的變化規(guī)律，使波浪的捕獲率達(dá)到最大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種能夠提高全局搜索性能和收斂速度優(yōu)化方法，通過所提供的優(yōu)化算法快速的計(jì)算出直線電機(jī)最優(yōu)參數(shù)，利用所得出參數(shù)去控制直線電機(jī)的反電磁力，使得波浪發(fā)電裝置頻率與波浪頻率相同，產(chǎn)生共振，從而提高波浪能捕獲的效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：

一種基于混沌飛蛾捕焰算法的波浪發(fā)電裝置的功率捕獲優(yōu)化方法，在快速求得波浪發(fā)電裝置的最優(yōu)阻尼參數(shù)和彈性參數(shù)的情況下，通過混沌飛蛾捕焰算法求出最優(yōu)的可改變波浪發(fā)電裝置平均輸出功率的直線電機(jī)電磁力控制參數(shù)，使得波浪發(fā)電裝置的運(yùn)動(dòng)頻率與波浪頻率相同而產(chǎn)生共振，從而提高波浪能捕獲的效率。

進(jìn)一步地，具體包括以下步驟：

S1：進(jìn)行波浪發(fā)電裝置的最大功率點(diǎn)跟蹤控制分析，求出波浪發(fā)電裝置平均輸出功率的計(jì)算公式以及可改變波浪發(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：基于步驟S1求出的波浪發(fā)電裝置平均輸出功率的計(jì)算公式，建立波浪功率捕獲優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)；

S3：采用混沌飛蛾算法對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，求出最優(yōu)的可改變波浪發(fā)電裝置平均輸出功率的直線電機(jī)電磁力控制參數(shù)，使得波浪發(fā)電裝置的運(yùn)動(dòng)頻率與波浪頻率相同而產(chǎn)生共振，從而提高波浪能捕獲的效率。

進(jìn)一步地，所述步驟S1的具體過程如下：

假設(shè)圓柱體浮子在理想流體中做垂蕩運(yùn)動(dòng)，x-y平面與靜水面重合，以浮子軸線為z軸，建立兩兩垂直坐標(biāo)系，入射波從x軸方向產(chǎn)生的速度勢為：

(7)式中，g為重力加速度，H為波高，z為浮子重心到靜水面的距離，波數(shù)k(ω)＝ω²/g，d為水深，ω為波浪角頻率，速度勢可分為兩部分，φ_r為由浮體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的輻射勢，φ_ω為波浪自由運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的入射勢；

利用波浪運(yùn)動(dòng)浮子邊界條件，根據(jù)格林第二定理求得浮體受到的波浪激勵(lì)力：