>[0097]
[0098] 式（10)中，1為更新后的退火溫度，T。為模擬退火算法的初始溫度，c為模擬退火 算法的溫度控制系數(shù)，k為溫度變化次數(shù)，（^為模擬退火算法的淬火因子，D為系統(tǒng)設(shè)計(jì)參 數(shù)的數(shù)量。
[0099] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施 例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也 應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)多工況全局效率最優(yōu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于步驟包括： 1) 確定直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)； 2. W變流器的電流電壓約束與控制算法約束為約束條件、W多個(gè)工況點(diǎn)的加權(quán)平均效 率最高或加權(quán)平均功率損失最小為目標(biāo)函數(shù)，基于所述系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)建立設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型； 3) 基于額定點(diǎn)設(shè)計(jì)得到系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的一組初始工況值，基于所述初始工況值，采用 模擬退火算法對(duì)所述設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行多工況迭代求解，得到多組求解結(jié)果； 4) 從所有求解結(jié)果中選擇一組最優(yōu)結(jié)果作為設(shè)計(jì)得到的最優(yōu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)輸出。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)多工況全局效率最優(yōu)設(shè)計(jì)方法，其特征 在于，所述步驟1)中確定的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)包括定子鐵屯、內(nèi)徑D。、定 子鐵屯、長(zhǎng)度Lg、定子輛磁密幅值B胃、定子槽高h(yuǎn)g、定子槽寬bg、永磁體高度hm、永磁體寬度 bm、對(duì)極距Tp、每極每相槽數(shù)q。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)多工況全局效率最優(yōu)設(shè)計(jì)方法，其特征 在于，所述步驟2)中的電流電壓約束如式（1)所示；《1) 式（1)中，U為變流器電壓、i為變流器電流，Uiim為電壓約束值，IIim為電流約束值。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)多工況全局效率最優(yōu)設(shè)計(jì)方法，其特征 在于，所述步驟2)中的控制算法約束如式（2)所示=條約束中的任意一條；:紹> 式（2)中，i為變流器電流，一min表示最優(yōu)電流控制，U為變流器電壓、U。為恒定電壓 約束值，Qs為單位功率因數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)多工況全局效率最優(yōu)設(shè)計(jì)方法，其特征 在于，所述步驟2)中的目標(biāo)函數(shù)如式（3)或式（4)所示；(3): 式（3)中，？為所有工況點(diǎn)的加權(quán)平均效率，Ili(X)為第i個(gè)工況點(diǎn)的平均效率，i大 于等于3,Wi為第i個(gè)工況點(diǎn)的權(quán)重因子，一max表示加權(quán)平均效率最高的約束條件；C斗） 式（4)中，P為所有工況點(diǎn)的加權(quán)平均功率損失，Pi(X)為第i個(gè)工況點(diǎn)的功率損失，i大于等于3,Wi為第i個(gè)工況點(diǎn)的權(quán)重因子，一min表示加權(quán)平均功率損失最小的約束條件。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)多工況全局效率最優(yōu)設(shè)計(jì)方法，其特征 在于，所述步驟2)建立的設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型如式（5)所示； (:5) 式巧）中，D為待求系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的總數(shù)量，riiOO為第i個(gè)工況點(diǎn)的平均效率，Pi狂） 為第i個(gè)工況點(diǎn)的功率損失，i大于等于3,當(dāng)戶為第i個(gè)工況點(diǎn)的平均效 率最大或者第i個(gè)工況點(diǎn)的功率損失最小，gi狂）為約束條件，m為約束條件的數(shù)量，X為待 求系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)構(gòu)成的矩陣，Dii為定子鐵屯、內(nèi)徑、L 定子鐵屯、長(zhǎng)度、Byj%定子輛磁密幅 值、hg為定子槽高、bg為定子槽寬、hm為永磁體高度、bm為永磁體寬度、TP為對(duì)極距、q為每 極每相槽數(shù)。7.根據(jù)權(quán)利要求1~6中任意一項(xiàng)所述的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)多工況全局效率最優(yōu)設(shè) 計(jì)方法，其特征在于，所述步驟3)中詳細(xì)步驟如下： 3. 1)基于額定點(diǎn)設(shè)計(jì)得到系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的一組初始工況值； 3. 2)基于所述初始工況值，采用模擬退火算法對(duì)所述設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)初始 解X。，計(jì)算初始解X。的目標(biāo)函數(shù)值而.V,,)，初始化迭代次數(shù)Lk,初始化模擬退火算法的初始 溫度T。、溫度變化次數(shù)k和回火前接受解次數(shù)m;跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟3. 3)進(jìn)行迭代； 3. 3)對(duì)當(dāng)前最優(yōu)解作隨機(jī)擾動(dòng)，通過(guò)式（6)所示函數(shù)表達(dá)式生成本次迭代的新解；;(6) 式（6)中，x'w為本次迭代的新解，X'k為上一次迭代的新解，y嘴第j個(gè)待求系統(tǒng)設(shè)計(jì) 參數(shù)的擾動(dòng)，1《j《D，D為待求系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的總數(shù)量，B'為第j個(gè)待求系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)可 能取的最大值，A'為第j個(gè)待求系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)可能取的最小值，U'為介于0和1之間的隨 機(jī)值，Tk為本次迭代的退火溫度，T。為模擬退火算法的初始溫度，C為模擬退火算法的溫度 控制系數(shù)，k為當(dāng)前的溫度變化次數(shù)值； 3. 4)計(jì)算本次迭代的新解x'w對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值;J，計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值而5^+1)相對(duì) 上一次的目標(biāo)函數(shù)值）之間的目標(biāo)函數(shù)值增量金f; 3. 5)判斷目標(biāo)函數(shù)值增量A/7小于0是否成立，如果成立，則接受新產(chǎn)生的最優(yōu)解為當(dāng) 前最優(yōu)解；如果不成立，則W指定的概率P來(lái)判斷是否接受新產(chǎn)生的最優(yōu)解為當(dāng)前最優(yōu)解； 如果接受新產(chǎn)生的最優(yōu)解為當(dāng)前最優(yōu)解，則更新回火前接受解次數(shù)m; 3. 6)判斷更新回火前接受解次數(shù)m是否達(dá)到預(yù)設(shè)闊值，如果達(dá)到預(yù)設(shè)闊值，則進(jìn)行模 擬退火算法的回火處理，并在回火處理完畢后重置回火前接受解次數(shù)m; 3. 7)更新迭代次數(shù)Lk的值，判斷新的迭代次數(shù)Lk是否達(dá)到預(yù)設(shè)闊值，如果尚未達(dá)到預(yù) 設(shè)闊值則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟3. 3)，否則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟3. 8); 3. 8)如果連續(xù)指定數(shù)量N個(gè)新解都沒有被接受或模擬退火算法的代價(jià)函數(shù)值小于 一個(gè)O至I之間的給定值，則判斷定達(dá)到模擬退火算法的終止條件，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟4);否 貝1J，重置迭代次數(shù)Lk,如果退火過(guò)程緩慢則進(jìn)行模擬退火算法的澤火處理，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟 3. 3)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)多工況全局效率最優(yōu)設(shè)計(jì)方法，其特 征在于，所述步驟3. 4)中W指定的概率P來(lái)判斷是否接受新產(chǎn)生的最優(yōu)解為當(dāng)前最優(yōu)解 具體是指：首先隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)在[〇，1]區(qū)間上均勻分布的隨機(jī)數(shù)C，然后總W式（7)所示 Metropolis準(zhǔn)則來(lái)計(jì)算概率P，如果概率P大于隨機(jī)數(shù)C，則接受新產(chǎn)生的最優(yōu)解為當(dāng)前最 優(yōu)解，否則放棄接受新產(chǎn)生的最優(yōu)解為當(dāng)前最優(yōu)解；巧） 式（7)中，P為待計(jì)算的概率，4毎為目標(biāo)函數(shù)值增量，Tk為本次迭代的退火溫度。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)多工況全局效率最優(yōu)設(shè)計(jì)方法，其特征 在于，所述步驟3. 6)中進(jìn)行模擬退火算法的回火處理的詳細(xì)步驟包括： 3. 6. 1)根據(jù)式（8)所示有限差分法計(jì)算向量X中每個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的梯度；(似： 式做中，S，表示向量X中第j個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的梯度，吞為所有工況點(diǎn)的加權(quán)平均效 率，Xwt為目前已找到的所有解中的最優(yōu)解，e,為一個(gè)維數(shù)為D的向量，D為系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù) 的數(shù)量，向量e,中第j個(gè)分量是1、其余分量為0, 5為步長(zhǎng)； 3. 6. 2)針對(duì)每一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)，如果該系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的梯度等于預(yù)設(shè)的梯度闊值Sm。,，貝峭巧專執(zhí)行步驟3. 6. 3);否則退出回火處理； 3. 6. 3)根據(jù)式（9)更新退火溫度Tk和溫度變化次數(shù)k的值；：(9) 式（9)中，T'k-為更新后的退火溫度，Sm。,預(yù)設(shè)的梯度闊值，S,表示向量X中第j個(gè)系 統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的梯度，S,表示向量X中第j個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的梯度，Tk為更新前的退火溫度； k'為更新后的溫度變化次數(shù)，T。為模擬退火算法的初始溫度，C為模擬退火算法的溫度控 制系數(shù)，D為系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)量。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)多工況全局效率最優(yōu)設(shè)計(jì)方法，其特 征在于，所述步驟3. 8)中的澤火處理具體是指根據(jù)式（10)更新退火溫度Tk的值；(10) 式（10)中，Tk為更新后的退火溫度，T。為模擬退火算法的初始溫度，C為模擬退火算法 的溫度控制系數(shù)，k為溫度變化次數(shù)，q,為模擬退火算法的澤火因子，D為系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的 數(shù)量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)多工況全局效率最優(yōu)設(shè)計(jì)方法，步驟包括：確定直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)；以變流器的系統(tǒng)約束與控制算法約束為約束條件、以多個(gè)工況點(diǎn)的加權(quán)平均效率最高或加權(quán)平均功率損失最小為目標(biāo)函數(shù)，基于所述系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)建立設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型；針對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)定一組初始工況值，基于所述初始工況值，采用模擬退火算法對(duì)所述設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行多工況迭代求解，得到多組求解結(jié)果；從所有求解結(jié)果中選擇一組最優(yōu)結(jié)果作為設(shè)計(jì)得到的最優(yōu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)輸出。本發(fā)明具有能夠?qū)崿F(xiàn)直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)在變速變頻、定子電壓隨負(fù)載和轉(zhuǎn)速變化而變化、運(yùn)行特性受變流器和控制策略影響的情況下多工況高效運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號(hào)】CN105205245
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510585567
【發(fā)明人】高劍, 黃守道, 鄒娟, 羅德榮, 王家堡, 呂銘晟, 李慧敏
【申請(qǐng)人】湖南大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年9月15日