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基于约束主导混合粒子群算法的风力机叶片优化方法研究
  • ISSN号:0577-6686
  • 期刊名称:《机械工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:TK83[动力工程及工程热物理—流体机械及工程]
  • 作者机构:[1]太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室,太原030024, [2]太原理工大学机械电子工程研究所,太原030024, [3]比亚迪股份有限公司,深圳518119
  • 相关基金:国家自然科学基金(51035007)和山西省科技攻关(20140321018-02)资助项目.
中文摘要:

为提高叶片在额定风况和低速风况下的功率系数,研究叶片各叶素处的气动外形参数分布。针对风力机通常运行在低风速风况下,而叶片的优化模型很少考虑该因素的影响,建立基于叶素动量理论和Wilson理论的带低风速功率系数的非线性约束优化模型。由于在处理约束条件的惩罚函数法中罚因子难以确定,而导致算法过早陷入局部解的早熟现象,提出一种结合可行性约束主导处理方法的混合粒子群算法。该算法基于粒子群优化和模拟退火理论,采用可行性约束主导在退火概率突跳下对不可行约束解进行随机生存选择,使种群保持多样性,从而朝更优方向进化,解决了非线性约束条件难以处理和种群易陷入局部解的问题。以1.5MW风力机叶片为研究对象,建立非线性约束优化模型,对该算法进行了验证。研究成果表明该方法可以有效地处理优化模型的非线性约束,避免优化过程陷入早熟,提高了叶片在额定风速和低风速区域的功率系数。为非线性约束处理方法的研究提供了一种很好的理论分析途径。.

英文摘要:

To increase the power coefficient of blade at both rated and low wind conditions, the distribution of aerodynamic shape parameter at each blade element is studied. The wind turbine is typically operated under low wind conditions, however the influence has rarely been considered in blade optimization model. Hence, a nonlinear constrained optimization model with power coefficient under low wind conditions is introduced based on the blade element momentum theory and Wilson theory. Since the penalty factor is difficult to be determined in penalty function method when dealing with constraints, which may lead to prematurity phenomenon that the algorithm falls into local solution, a hybrid particle swarm algorithm combined with feasible dominated-constraint method is brought up. Based on particle swarm optimization theory and simulated annealing theory, the algorithm applies feasible dominated-constraint method to perform random survival selection under drifting annealing probability, which keeps the population diverse and can be evolving in more optimized direction, thus solves the problem that nonlinear constraint is difficult to handle and the population's tendency to fall into local solution. So as to verify the algorithm, a nonlinear constrained optimization model for the 1.SMW wind turbine blade is established. The results indicate that the method can effectively handle nonlinear constraints, avoid prematurity of the process and increase the power coefficient of blade under rated and low wind conditions. It provides an excellent way of theoretical analysis to handle nonlinear constraints.

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期刊信息
  • 《机械工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国机械工程学会
  • 主编:宋天虎
  • 地址:北京百万庄大街22号
  • 邮编:100037
  • 邮箱:bianbo@cjmenet.com
  • 电话:010-88379907
  • 国际标准刊号:ISSN:0577-6686
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2187/TH
  • 邮发代号:2-362
  • 获奖情况:
  • 中国期刊奖,“中国期刊方阵”双高期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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