[發(fā)明專利]一種風(fēng)電機組整機一體化設(shè)計多目標協(xié)同優(yōu)化方法及裝置

在審

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• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112765743A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 褚景春;袁凌;李媛;王小虎
• 申請（專利權(quán)）人: 國電聯(lián)合動力技術(shù)有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/27;G06F111/06;G06F113/06
• 代理公司: 北京方韜法業(yè)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11303
• 代理人: 馬麗蓮

本發(fā)明公開了一種風(fēng)電機組整機一體化設(shè)計多目標協(xié)同優(yōu)化方法和裝置，包括：S1、對風(fēng)電機組各關(guān)鍵部件進行優(yōu)化分析，篩選出對整機優(yōu)化設(shè)計目標敏感的部件級關(guān)鍵設(shè)計變量；S2、以部件級關(guān)鍵設(shè)計變量為整機優(yōu)化的設(shè)計變量，進行整機優(yōu)化分析并篩選出其中對整機優(yōu)化目標敏感的整機級關(guān)鍵設(shè)計變量；S3、以整機級關(guān)鍵設(shè)計變量為整機優(yōu)化的設(shè)計變量，采用基于多目標優(yōu)化理論的改良遺傳算法進行整機優(yōu)化，獲取整機全局帕雷托最優(yōu)解集。本發(fā)明成功辨識了影響整機優(yōu)化設(shè)計目標的部件級及整機級關(guān)鍵設(shè)計變量，獲取了整機設(shè)計輸入輸出參數(shù)關(guān)系，構(gòu)建了高精度全局優(yōu)化設(shè)計近似模型，并且基于多目標優(yōu)化理論的改良遺傳算法，實現(xiàn)快速自動優(yōu)化且整機或系統(tǒng)最優(yōu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)電機組設(shè)計領(lǐng)域，特別是涉及一種風(fēng)電機組整機一體化設(shè)計多目標協(xié)同優(yōu)化方法及裝置。

背景技術(shù)

隨著風(fēng)電市場向低風(fēng)速以及超低風(fēng)速區(qū)域的迅速發(fā)展，風(fēng)輪直徑不斷增大，機組性能和成本的矛盾日益突出，整機設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)越來越嚴峻。風(fēng)電機組整機系統(tǒng)復(fù)雜，包括葉片、傳動鏈、變槳、偏航、塔筒、控制等多學(xué)科、多子系統(tǒng)(多個關(guān)鍵部件)；發(fā)電量、載荷、成本等多個設(shè)計指標。而傳統(tǒng)的風(fēng)電機組整機設(shè)計方法往往局限于各子系統(tǒng)內(nèi)的優(yōu)化設(shè)計，對不同子系統(tǒng)之間的相互影響考慮不足，難以實現(xiàn)整機系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計。并且，各子系統(tǒng)間的實驗和人工試錯迭代存在大量重復(fù)性工作，容易出錯。

CN100523490C專利公開了一種用于優(yōu)化風(fēng)能設(shè)備、尤其在其轉(zhuǎn)子/發(fā)電機系統(tǒng)方面的運行參數(shù)的方法。采用迭代的方法用于優(yōu)化參數(shù)，通過具有足夠大數(shù)量的試樣的迭代方法可以平衡隨機波動。

CN103597413A專利公開了一種用于在計算機支持下生成技術(shù)系統(tǒng)尤其燃氣輪機或風(fēng)力機的數(shù)據(jù)驅(qū)動的模型(NM)方法。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)優(yōu)化，技術(shù)系統(tǒng)的運行參數(shù)包括風(fēng)力機的一個或多個測量參數(shù)：功率、風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、葉片彎曲應(yīng)力和/或偏轉(zhuǎn)和/或交變載荷以及塔筒振動。

上述方法雖然考慮了多目標，運用了迭代優(yōu)化、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)優(yōu)化方法，但僅對風(fēng)機運行參數(shù)進行優(yōu)化，沒有運用到風(fēng)電機組多學(xué)科多子系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)優(yōu)化中。

CN106777525專利公開了一種設(shè)計風(fēng)力發(fā)電機葉片的方法和裝置，采用遺傳迭代算法進行葉片結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，氣動外形是隨機生成的，最后對葉片設(shè)計數(shù)據(jù)按照要求進行排序篩選。該方法只考慮了風(fēng)電機組單個部件的單學(xué)科性能優(yōu)化，而葉片的結(jié)構(gòu)和氣動的優(yōu)化目標是不統(tǒng)一的，甚至是相互矛盾的。

由此可見，上述現(xiàn)有的風(fēng)電機組在整機設(shè)計上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。如何能創(chuàng)設(shè)一種可實現(xiàn)整機最優(yōu)或系統(tǒng)最優(yōu)的風(fēng)電機組整機一體化設(shè)計多目標協(xié)同優(yōu)化方法及裝置，成為當(dāng)前業(yè)界急需改進的目標。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種風(fēng)電機組整機一體化設(shè)計多目標協(xié)同優(yōu)化方法及裝置，使整機最優(yōu)或系統(tǒng)最優(yōu)，從而克服現(xiàn)有的風(fēng)電機組關(guān)鍵部件及子系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計尋優(yōu)難、全局尋優(yōu)難的缺陷。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種風(fēng)電機組整機一體化設(shè)計多目標協(xié)同優(yōu)化方法，包括：

S1、對風(fēng)電機組各關(guān)鍵部件進行優(yōu)化分析，篩選出各關(guān)鍵部件中對整機優(yōu)化設(shè)計目標敏感的部件級關(guān)鍵設(shè)計變量；

S2、以所述部件級關(guān)鍵設(shè)計變量為整機優(yōu)化的設(shè)計變量，以整機優(yōu)化設(shè)計目標為目標，進行整機優(yōu)化分析并篩選出其中對所述整機優(yōu)化目標敏感的整機級關(guān)鍵設(shè)計變量；

S3、以所述整機級關(guān)鍵設(shè)計變量為整機優(yōu)化的設(shè)計變量，采用基于多目標優(yōu)化理論的改良遺傳算法進行整機優(yōu)化，獲取整機全局帕雷托最優(yōu)解集。

作為本發(fā)明進一步地改進，在所述S1和/或S2中，基于最優(yōu)拉丁超立方抽樣方法進行試驗設(shè)計，進而篩選出對整機優(yōu)化設(shè)計目標敏感的關(guān)鍵設(shè)計變量。