[发明专利]一种基于傅氏分析和改进灰狼算法的波浪发电装置功率控制方法

权利要求书

1.一种基于傅氏分析和改进灰狼算法的波浪发电装置功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：进行波浪发电装置的最大功率点跟踪控制分析，求出可改变波浪发电装置平均输出功率的直线电机电磁力控制参数；

S2：对灰狼算法进行改进，提高其寻优能力；

S3：将通过步骤S2改进后的灰狼算法应用于波浪发电装置最大功率点跟踪控制中，避免直线电机电磁力控制参数陷入局部最优；

S4：引入傅氏分析法分解海洋入射波和电机运动部件响应，对浮子捕获频率范围内的每个波浪分量，使用改进后的灰狼算法求解对应的最佳直线电机电磁力控制参数，最大限度地捕获其携带的功率，从而实现最大功率点跟踪；

步骤S1中，求出波浪发电装置平均输出功率的具体步骤如下：

S1-1：进行波浪发电装置浮子的水动力分析：

浮子随波浪入射而上下运动，由系缆牵引直线电机运动；假定浮子处于水深为h的理想流体中，建立坐标系，并令无波浪时水面z(x,y)＝0；实际海洋入射波可视为一系列不同频率正弦波分量的叠加；波浪中浮子受到的水动力为：

f_wt＝f_s+f_r+f_b； (1)

(1)式中，f_s为浮子受到的波浪激励力，f_r为浮子受到的辐射力，f_b为浮子受到的静水恢复力；

其中，浮子受到的波浪激励力：

(3)式中，为入射角为0的科钦函数；S为浮子表面；V为浮子体积；为入射波速度势；为浮子在波浪作用下发生垂荡，产生的辐射波速度势，W_hi为浪高系数，j为虚数单位，ω为海浪频率，k为波数，h为波高；

浮子受到的辐射力：

浮子受到的静水恢复力：

f_b＝-ρgS_wz(t)＝-k_Sz(t)； (5)

(5)式中，S_w为浮子面积，K_s为常数；

S1-2：进行波浪发电装置功率点跟踪优化分析：

根据牛顿定律，波浪发电装置运动部件动力学方程为：

式(2)中，f_wt(t)为水动力，f_v(t)为流体粘滞力，f_f(t)为摩擦力，f_g(t)为直线电机电磁力，m为运动部件质量，为浮子运动加速度；

浮子处于理想流体中时，忽略研究对象流体粘滞力和摩擦力，将(4)，(5)，(1)代入(2)得到可得：

式(6)中，z(t)为浮子运动位移，f_s(t)为浮子受到的波浪激励力；

当且仅当直线电机存在恰当电磁力时，可使能量从波浪馈入电网，记直线电机电磁力f_g(t)为：

式(7)中，R_g、k_c、k_l为直线电机电磁力控制参数；

波浪发电装置捕获的瞬时功率为：

波浪频率会影响波浪发电装置输出功率，将式(8)代入式(7)，并进行傅里叶变换，从频域分析运动部件响应：

(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)为附加阻力，m_a(ω)为附加质量，z(jω)为浮子在频域的速度，F_s(jω)为浮子在频域的水动力；

不计直线电机铁芯磁滞涡流损耗，波浪发电装置平均输出功率为复功率的实部：

式(10)中，F_g(jω)为系统在频域的直线电机电磁力；

联立式(9)和(10)，得波浪发电装置平均输出功率为：

式(11)中，m、k_S为常数，R_a(ω)、m_a(ω)与频率存在非线性关系。