【摘要】：大規(guī)模開發(fā)利用海洋波浪能,對我國的經(jīng)濟社會發(fā)展,具有極為重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實意義。但,現(xiàn)有的波浪能發(fā)電裝置,能效低、電能成本高,嚴重制約了其商業(yè)化應用。為此,基于群智能算法,提出振蕩浮子式波浪發(fā)電系統(tǒng)功率優(yōu)化跟蹤策略,可有效改善能量轉(zhuǎn)換效率,提高系統(tǒng)輸出功率。針對入射波浪及其與浮子的相互作用,建立數(shù)學模型,分析浮子受到水動力的非線性特征;通過分析波浪發(fā)電系統(tǒng)運動過程,導出最大功率跟蹤優(yōu)化需求,形成群智能算法優(yōu)化方案;基于MATLAB/Simulink環(huán)境,建立波浪發(fā)電系統(tǒng)群智能算法最大功率跟蹤優(yōu)化仿真模型。分析可知,浮子水動力模型存在顯著的非線性,致使傳統(tǒng)群智能算法存在陷于局部峰值問題,為此提出縱橫交叉算法(CSO)最大功率跟蹤優(yōu)化方案。在縱向交叉概率判定下,CSO縱向交叉算子進行個體維變量間的算術交叉,保證種群能夠脫離局部峰值狀態(tài);CSO橫向交叉算子完成個體間隨機配對與算術交叉,并將解空間全體分割成若干子空間,每個子空間以配對個體為對角頂點,搜索子空間內(nèi)部及鄰域,實現(xiàn)精細的局部搜索能力。通過縱、橫交叉算子交替作用,任何有益于實現(xiàn)全局最優(yōu)的信息,都將被分發(fā)到種群各變量中,并改變搜索路徑。仿真表明,當入射波浪頻率改變時,CSO最大功率跟蹤優(yōu)化方案性能優(yōu)于傳統(tǒng)群智能算法。結(jié)合標準蜂群算法(ABC)優(yōu)化CSO性能,提出改進蜂群算法(CABC)方案。引入CSO橫向交叉算子個體間變量全交叉思想,優(yōu)化引導蜂、采蜜蜂搜索方式,增強CABC算法局部搜索能力;引入CSO縱向交叉算子優(yōu)化偵查蜂,使偵查蜂能利用已知蜜源信息探索未知可行解域,提升CABC全局搜索能力;優(yōu)化蜜源選擇概率和人工蜂群結(jié)構,進一步改善CABC算法性能。仿真表明,CABC功率跟蹤方案優(yōu)于CSO,適用于最大功率點跟蹤控制。為實現(xiàn)海洋波浪發(fā)電系統(tǒng)輸出功率優(yōu)化控制,提出采用傅氏分析法優(yōu)化的改進灰狼算法。在保留灰狼優(yōu)化算法本質(zhì)特征基礎上,增加全新精英狼搜索策略和狼群整體展開策略,優(yōu)化包圍圈形成和狼群搜索獵物方式及狼群結(jié)構,確保改進灰狼算法能避免因浮子水動力非線性陷入局部峰值問題。應用傅氏分析法分解海洋入射波和電機運動部件響應;針對浮子捕獲頻率范圍內(nèi)各波浪分量,通過改進灰狼算法求解對應最佳電機控制參數(shù),最大限度捕獲波浪功率。仿真表明,應用傅氏分析法和改進灰狼算法,可有效實現(xiàn)振蕩浮子式波浪發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤。
【圖文】：

便于檢修維護，同時不需要在海水中布置電纜，方便電能的送出。英國的 Aquamarine Power 公司于 2007 年完成了 Oyster1 型鐘擺型 OBWEC 的設計工作，并于 2009 年 8 月在歐洲海洋中心成功安裝了 Oyster 1 全尺寸概念驗證設備，裝機容量達 315kW，經(jīng)過兩年的實驗探索后，于 2011 年 8 月部署更改進后的 Oyster 2。該裝置適用于水深為 10 米到 50 米的海域。然而該類裝置只能安裝于淺海區(qū)域，捕獲的波浪能較少[26]。中國國家海洋技術中心于 1996 年研制了 30kW 鐘擺型 OBWEC 原型樣機，并在青島即墨大官島成功進行海試驗證，樣機性能良好，輸出功率可達預期目標[22]。海蛇式 OBWEC 的實物圖和結(jié)構示意圖如圖 1-3。海蛇式 OBWEC 由波浪能捕獲單元——浮子節(jié)、波能轉(zhuǎn)換單元——液壓發(fā)電裝置依次連接而成，總長度可達120m 以上，圓柱形浮體半徑 1.75m。波浪到來時，，海蛇式 OBWEC 隨著海平面起伏發(fā)生運動，液壓發(fā)電裝置浮子節(jié)前后兩側(cè)浮子發(fā)生相對扭動，從而擠壓或拉伸液壓裝置活塞收集波能，借助液壓馬達沖轉(zhuǎn)發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，波能轉(zhuǎn)化，發(fā)出電力[19]。
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM612;P743.2

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本文編號：2617547