Optimization of heterogeneous arrays of wave energy converters
Optimization of heterogeneous arrays of wave energy converters
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波浪能转换器异构阵列的优化
DOI：
10.1016/j.oceaneng.2023.113818
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发表时间：
2023
影响因子：
5
通讯作者：
Abdelkhalik, Ossama
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Abdulkadir, Habeebullah;Abdelkhalik, Ossama
波能转换器阵列中器件的优化布局是波能转换器阵列设计的核心问题之一。通常情况下，WEC阵列被设计为包含相同的设备。然而，为了进一步提高发电能力，本文研究了不同尺寸的设备如何影响阵列的整体性能;包含不同尺寸设备的阵列在本文中被称为异构阵列。通过改变圆柱形浮标的半径和吃水来实现非均匀性。我们测量的性能的异构阵列对同构阵列包含相同数量的设备在一个相同的布局，假设所有设备的体积总和是相同的异构和同构阵列。使用时域阵列动态模型和最优约束控制来计算来自阵列的功率。在动态模型中作为输入的水动力系数使用半解析方法计算，以实现计算效率的优化。使用遗传算法进行优化。本文介绍了3、5和7个器件的阵列。对于测试的波浪条件，它被发现，在某些波浪条件下，一个异构阵列可以实现高达40%的性能改善，超过相应的均匀阵列。
Optimizing the layout of devices in an array of wave energy converters (WECs) is one of the core aspects of WEC array design. More often than not, WEC arrays are designed to contain identical devices. However, to further improve power generation, this paper investigates how devices of varying dimensions can affect the overall performance of the array; the array containing devices of different sizes is referred to as a heterogeneous array in this work. The heterogeneity is achieved by varying the radius and draught of cylindrical buoys. We measured the performance of the heterogeneous array against the homogeneous array containing the same number of devices in an identical layout, assuming the summation of volumes of all devices is the same for both the heterogeneous and the homogeneous arrays. The power from the array is computed using a time-domain array dynamic model and an optimal constrained control. The hydrodynamic coefficients used as input in the dynamic model are computed using a semi-analytical method to enable computationally efficient optimization. The optimization was performed using a genetic algorithm. Arrays of 3, 5, and 7 devices are presented in this paper. For the tested wave conditions, it was found that in some wave conditions a heterogeneous array can achieve a performance improvement of up to 40% over the corresponding homogeneous array.
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