一种基于模拟退火粒子群算法的波浪发电方法与流程

技术特征：

1.一种基于模拟退火粒子群算法的波浪发电方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据直驱型波浪发电装置，搭建波浪发电装置的数学模型；

S2：通过波浪发电装置数学模型输出功率进行分析，得到波浪能捕获率；

S3：根据波浪能捕获率，计算得到波浪发电装置的模拟退火粒子群算法；

S4：对模拟退火粒子群算法进行仿真模拟，完成模拟退火粒子群算法的波浪能最优解的捕获。

2.根据权利要求1所述的一种基于模拟退火粒子群算法的波浪发电方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：

S11：直驱型波浪发电装置包括浮子、质量块、弹簧和发电机，直驱型波浪发电装置运动方程为：

式中，m为直驱型波浪发电装置的总质量；x为垂直方向上偏离平衡位置的位移；fe(t)为波浪激励力，表示入射波作用于浮子上的力；fr(t)为辐射力，与浮子振荡产生的辐射波有关；fb(t)为浮子在水中的静浮力；fv(t)和ff(t)是粘滞力和摩擦力；fg(t)为直线电机的电磁力，t为时间；

S12：所述浮子采用圆柱形浮子，故有：

fb(t)＝-Kx(t)+mg＝-ρgSx(t)+mg；

式中，ρ为水的密度，g为重力加速度，S为浮子有效横截面积；

S13：圆柱形浮子随波浪振荡时会产生辐射波，幅射波与海水相互作用会产生辐射力，辐射力fr(t)表示为：

式中，ma和Ra分别表示因辐射力产生的附加质量和附加阻尼；

S14：根据步骤S11、S12、S13，得到直驱波浪发电装置数学模型为：

3.根据权利要求2所述的一种基于模拟退火粒子群算法的波浪发电方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

S21：直线电机的电磁力表示为速度和位移的线性组合，具体为：

式中，Rg和Kg分别为反映直线电机吸收有功功率能力的阻尼系数和吸收无功功率能力的弹性系数；

整理得：

忽略直线电机自身的电磁损耗，则输出的瞬时功率Pg(t)为：

S22：对直驱波浪发电装置数学模型进行傅里叶变换，得：

将s＝jω代入，有：

直驱波浪发电装置的平均功率Pg(ω)即为其复功率的实部，即：

S22：平均功率Pg(ω)计算式进行化简，得直驱波浪发电装置的平均功率Pg为：

S23：根据步骤S22得到的平均功率，得到直驱波浪发电装置的平均功率最大值Pgmax为：

在一定频率下，参数Fe、ω、Ra、K、ma、m均为常数，对平均功率Pg进行标准化处理，得：

式中，Rg的取值范围为(0,+∞)；Kg的取值范围为(-∞，+∞)；

S24：通过标准化处理的平均功率Pg，得到Pg与Rg、Kg的曲线图；其中，在一定频率下，Pg是关于Rg、Kg的单峰值函数，一个波浪频率仅对应唯一的一组二维变量使得输出功率最大；

平均功率Pg式中，附加阻尼Ra是波浪频率的非线性函数，波浪力Fe用余弦函数表示，其频率及相位与波浪运动相同，一定频率下Ra和Fe的数值是固定的；利用模拟退火粒子群算法，在不同的频率下通过迭代计算，得到波浪能捕获率η的最大值，为：

4.根据权利要求3所述的一种基于模拟退火粒子群算法的波浪发电方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述模拟退火粒子群算法的计算步骤具体为：

S31：随机初始化种群和速度；

S32：评价新生粒子，计算适应度值，得到计算每个粒子当前位置的适应值，初始化个体极值Pbest，并将Pbest中的最优适应度值存储于全局极值Gbest中；

S33：初始温度设置：确定初始温度T，具体为：

式中fitness(Gbest)为群体中最优粒子的适应度值；

S34：加入模拟退火影响后的适配值计算，进行粒子速度与位置的更新：计算当前温度下各粒子的适配值，即替代全局最优解的概率，具体为：

式中，p(i)＝fitness(Xi)为每个粒子的适应值；

速度与位置的更新：比较pBet和Comfit(i)值的大小，Comfit(i)的值由下式计算：

式中，pBet为[0,1]的随机数，pBet小于等于Comfit(i)，将对应的xi赋值给pg_plus，从而确定全局最优的某个替代值pg_plus，更新各个粒子的速度和位置，具体为：

vi+1＝ksi*(vi+c1*rand*(Pbest-xi)

+c2*rand*(pg_plus-xi))；

xi+1＝xi+vi+1；

式中，c1和c2为调节因子，c1调节粒子飞向自身最好位置方向的步长，c2调节粒子飞向全局最优替代值方向的步长，rand[0,1]的随机数，ksi为压缩因子，其表示为：

C＝c1+c2；

S35：计算适应度值，更新个体极值和群体极值；

S36：退温操作：按照下式进行退温操作：

T＝T*0.5；

S37：根据预先设定的运算精度或者程序迭代次数，判断迭代是否达到终止条件，若是，则结束；若否，执行步骤S34。

5.根据权利要求4所述的一种基于模拟退火粒子群算法的波浪发电方法，其特征在于，所述步骤S4采用Matlab/Simulink仿真模型仿真模型进行仿真。