[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

说明书

本发明公开了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，在保留灰狼优化算法最本质特征基础上，增加全新的精英狼搜索策略和狼群整体展开策略，优化包围圈形成策略、狼群搜索猎物方式和狼群结构，确保改进灰狼算法能避免因浮子水动力非线性陷入局部最优。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，使用改进灰狼算法求解对应的最佳电机控制参数，最大限度地捕获其携带的功率，从而实现最大功率点跟踪。

技术领域

本发明涉及波浪发电装置功率控制的技术领域，尤其涉及到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。

背景技术

为了实现波浪发电装置(Wave Energy Converter，WEC)最大功率点跟踪控制(Maximum Power Point Tracking，MPPT)，国内外学者提出了人工智能算法的应用。传统的群智能算法有遗传算法、粒子群算法(Particle Swarm Optimization，PSO)等，然而这些算法在求解复杂优化问题时，收敛速度慢、易陷入局部最优，限制了最大功率点跟踪技术性能的进一步提升。为此，本发明提出一种基于傅氏分析和改进灰狼算法的控制方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出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。在保留灰狼优化算法(Grey wolf optimizer，GWO)最本质特征基础上，增加全新的精英狼搜索策略和狼群整体展开策略，优化包围圈形成策略、狼群搜索猎物方式和狼群结构，确保改进灰狼算法(Modified Grey Wolf Optimizer,MGWO)能避免因浮子水动力非线性陷入局部最优。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，使用改进灰狼算法求解对应的最佳电机控制参数，最大限度地捕获其携带的功率，从而实现最大功率点跟踪。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：

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，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。

进一步地，所述步骤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：