[发明专利]一种直驱永磁风力发电机多工况全局效率最优设计方法

摘要

本发明公开了一种直驱永磁风力发电机多工况全局效率最优设计方法，步骤包括确定直驱永磁风力发电机的系统设计参数；以变流器的系统约束与控制算法约束为约束条件、以多个工况点的加权平均效率最高或加权平均功率损失最小为目标函数，基于所述系统设计参数建立设计数学模型；针对系统设计参数设定一组初始工况值，基于所述初始工况值，采用模拟退火算法对所述设计数学模型进行多工况迭代求解，得到多组求解结果；从所有求解结果中选择一组最优结果作为设计得到的最优系统设计参数输出。本发明具有能够实现直驱永磁风力发电机在变速变频、定子电压随负载和转速变化而变化、运行特性受变流器和控制策略影响的情况下多工况高效运行的优点。

主权项

一种直驱永磁风力发电机多工况全局效率最优设计方法，其特征在于步骤包括：1)确定直驱永磁风力发电机的系统设计参数；2)以变流器的电流电压约束与控制算法约束为约束条件、以多个工况点的加权平均效率最高或加权平均功率损失最小为目标函数，基于所述系统设计参数建立设计数学模型；3)基于额定点设计得到系统设计参数的一组初始工况值，基于所述初始工况值，采用模拟退火算法对所述设计数学模型进行多工况迭代求解，得到多组求解结果；4)从所有求解结果中选择一组最优结果作为设计得到的最优系统设计参数输出；所述步骤3)中详细步骤如下：3.1)基于额定点设计得到系统设计参数的一组初始工况值；3.2)基于所述初始工况值，采用模拟退火算法对所述设计数学模型随机产生一个初始解x0，计算初始解x0的目标函数值初始化迭代次数Lk，初始化模拟退火算法的初始温度T0、温度变化次数k和回火前接受解次数m；跳转执行步骤3.3)进行迭代；3.3)对当前最优解作随机扰动，通过式(6)所示函数表达式生成本次迭代的新解；xjk+1=xkj+yj(Bj-Aj)yj=sgn(uj-12)Tk[(1+1/Tk)|2uj-1|-1]Tk=T0exp(-ck1/D)---(6)]]>式(6)中，xjk+1为本次迭代的新解，xjk为上一次迭代的新解，yj为第j个待求系统设计参数的扰动，1≤j≤D，D为待求系统设计参数的总数量，Bj为第j个待求系统设计参数可能取的最大值，Aj为第j个待求系统设计参数可能取的最小值，uj为介于0和1之间的随机值，Tk为本次迭代的退火温度，T0为模拟退火算法的初始温度，c为模拟退火算法的温度控制系数，k为当前的温度变化次数值；3.4)计算本次迭代的新解xjk+1对应的目标函数值计算目标函数值相对上一次的目标函数值之间的目标函数值增量3.5)判断目标函数值增量小于0是否成立，如果成立，则接受新产生的最优解为当前最优解；如果不成立，则以指定的概率P来判断是否接受新产生的最优解为当前最优解；如果接受新产生的最优解为当前最优解，则更新回火前接受解次数m；3.6)判断更新回火前接受解次数m是否达到预设阈值，如果达到预设阈值，则进行模拟退火算法的回火处理，并在回火处理完毕后重置回火前接受解次数m；3.7)更新迭代次数Lk的值，判断新的迭代次数Lk是否达到预设阈值，如果尚未达到预设阈值则跳转执行步骤3.3)，否则跳转执行步骤3.8)；3.8)如果连续指定数量N个新解都没有被接受或模拟退火算法的代价函数值小于一个0至1之间的给定值，则判断定达到模拟退火算法的终止条件，跳转执行步骤4)；否则，重置迭代次数Lk，如果退火过程缓慢则进行模拟退火算法的淬火处理，并跳转执行步骤3.3)。