一種風(fēng)力機葉片優(yōu)化設(shè)計方法
【專利摘要】一種風(fēng)力機葉片優(yōu)化設(shè)計方法，涉及一種優(yōu)化設(shè)計方法，所述方法包括風(fēng)力機葉片氣動性能分析：風(fēng)力機葉片的設(shè)計方法基于動量—葉素理論，用于估算葉片距風(fēng)輪軸線r處葉素截面產(chǎn)生的氣動力，進而初步確定翼弦與葉片基本參數(shù)的關(guān)系；遺傳算法優(yōu)化：風(fēng)力機的總體優(yōu)化設(shè)計，以風(fēng)力機葉片每段的年能量輸出E最大為設(shè)計目標(biāo)，確定截面的最佳弦長和扭角；本發(fā)明利用開發(fā)的優(yōu)化設(shè)計程序，針對特定風(fēng)場設(shè)計截面的最佳弦長和扭角。仿真結(jié)果表明，優(yōu)化后的葉片能明顯提高風(fēng)力機的輸出功率，優(yōu)化模型具有實用性和有效性。
【專利說明】一種風(fēng)力機葉片優(yōu)化設(shè)計方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種優(yōu)化設(shè)計方法，特別是涉及一種風(fēng)力機葉片優(yōu)化設(shè)計方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，世界上能源日益短缺，環(huán)境污染問題已經(jīng)引起人們強烈關(guān)注，風(fēng)力發(fā)電作為 一種清潔能源已成為新世紀電力發(fā)展的主要方向，葉片是風(fēng)力機中最重要的部件之一，葉 片的氣動外形直接決定了風(fēng)力機的效率。因此設(shè)計具有良好氣動外形的葉片是風(fēng)力機設(shè)計 的關(guān)鍵。以往的設(shè)計方法只是考慮了單一的性能指標(biāo)，而忽略了整體性能，很難達到理想的 設(shè)計效果。
[0003] 遺傳算法起源于60年代對自然和人工自適應(yīng)系統(tǒng)的研究。遺傳算法就是設(shè)定某 一目標(biāo)，利用一個初始種群經(jīng)過不斷的、反復(fù)的進行選擇、交叉和變異過程，使得該種群向 這一目標(biāo)逐漸靠攏，實現(xiàn)所需的最優(yōu)解或滿意解。本文采用遺傳算法對風(fēng)力機的葉片參數(shù) 進行優(yōu)化，以期待提高風(fēng)力機的輸出功率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)力機葉片優(yōu)化設(shè)計方法，提出了風(fēng)力機葉片的優(yōu)化 設(shè)計模型，針對特定風(fēng)場設(shè)計截面的最佳弦長和扭角，優(yōu)化后的葉片能明顯提高風(fēng)力機的 輸出功率，證明了優(yōu)化模型的實用性和有效性。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的： 一種風(fēng)力機葉片優(yōu)化設(shè)計方法，所述方法包括以下過程： 1) 風(fēng)力機葉片氣動性能分析：風(fēng)力機葉片的設(shè)計方法基于動量一葉素理論，用于估算 葉片距風(fēng)輪軸線r處葉素截面產(chǎn)生的氣動力，進而初步確定翼弦與葉片基本參數(shù)的關(guān)系； 2) 遺傳算法優(yōu)化：風(fēng)力機的總體優(yōu)化設(shè)計，以風(fēng)力機葉片每段的年能量輸出E最大為 設(shè)計目標(biāo)，確定截面的最佳弦長和扭角； 遺傳算法的運算過程包括編碼、初始群體的生成、適應(yīng)度值評價檢測、適應(yīng)度函數(shù)表明 個體或解的優(yōu)劣性、選擇和遺傳、終止條件判斷。
[0006] 所述的一種風(fēng)力機葉片優(yōu)化設(shè)計方法，所述編碼，遺傳算法在進行搜索之前將解 空間的解數(shù)據(jù)表示成遺傳空間的基因型串結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，這些串結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的不同組合就構(gòu)成了 不同的點。
[0007] 所述的一種風(fēng)力機葉片優(yōu)化設(shè)計方法，所述初始群體的生成，隨機產(chǎn)生初始串結(jié) 構(gòu)數(shù)據(jù)，每個串結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)稱為一個個體，N個個體構(gòu)成了一個群體。
[0008] 所述的一種風(fēng)力機葉片優(yōu)化設(shè)計方法，所述適應(yīng)度值評價檢測，根據(jù)具體問題，計 算群體中個體的適應(yīng)度。
[0009]所述的一種風(fēng)力機葉片優(yōu)化設(shè)計方法，所述選擇和遺傳，選擇算子、交叉算子和變 異算子作用于種群得到下一代種群。
[0010] 所述的一種風(fēng)力機葉片優(yōu)化設(shè)計方法，所述終止條件判斷，方法有代數(shù)限定、適應(yīng) 度限定、停滯代數(shù)限定、停滯時限限定。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點與效果是： 1.本發(fā)明提出了風(fēng)力機葉片的優(yōu)化設(shè)計模型，該模型以動量一葉素理論為基礎(chǔ)，根據(jù) 作用在風(fēng)力機葉片上的氣動力，以風(fēng)力機葉片每段的年能量輸出最大為設(shè)計目標(biāo)，使用遺 傳算法進行尋優(yōu)搜索。本發(fā)明的優(yōu)化設(shè)計程序，針對特定風(fēng)場設(shè)計截面的最佳弦長和扭角。 仿真結(jié)果表明，優(yōu)化后的葉片能明顯提高風(fēng)力機的輸出功率，證明了優(yōu)化模型的實用性和 有效性。
[0012] 2.優(yōu)化后的葉片能明顯提高風(fēng)力機的輸出功率，證明了優(yōu)化模型的實用性和有效 性。經(jīng)濟效益明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1遺傳算法在MATLAB中的運行結(jié)果； 圖2遺傳算法優(yōu)化前后的輸出功率。

【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖所示實施例，對本發(fā)明作進一步詳述。
[0015] 本發(fā)明具體實施如下： 1風(fēng)力機葉片氣動性能分析 風(fēng)力機葉片的設(shè)計方法基于動量一葉素理論，主要用于估算葉片距風(fēng)輪軸線r處葉素 截面產(chǎn)生的氣動力，進而初步確定翼弦與葉片基本參數(shù)的關(guān)系。
[0016] 根據(jù)動量一葉素理論，取

【權(quán)利要求】
1. 一種風(fēng)力機葉片優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述方法包括w下過程： 1) 風(fēng)力機葉片氣動性能分析；風(fēng)力機葉片的設(shè)計方法基于動量一葉素理論，用于估算 葉片距風(fēng)輪軸線r處葉素截面產(chǎn)生的氣動力，進而初步確定翼弦與葉片基本參數(shù)的關(guān)系； 2) 遺傳算法優(yōu)化：風(fēng)力機的總體優(yōu)化設(shè)計，W風(fēng)力機葉片每段的年能量輸出E最大為 設(shè)計目標(biāo)，確定截面的最佳弦長和扭角； 遺傳算法的運算過程包括編碼、初始群體的生成、適應(yīng)度值評價檢測、適應(yīng)度函數(shù)表明 個體或解的優(yōu)劣性、選擇和遺傳、終止條件判斷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力機葉片優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述編碼，遺傳 算法在進行搜索之前將解空間的解數(shù)據(jù)表示成遺傳空間的基因型串結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，該些串結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)的不同組合就構(gòu)成了不同的點。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力機葉片優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述初始群體 的生成，隨機產(chǎn)生初始串結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，每個串結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)稱為一個個體，N個個體構(gòu)成了一個群 體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力機葉片優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述適應(yīng)度值 評價檢測，根據(jù)具體問題，計算群體中個體的適應(yīng)度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力機葉片優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述選擇和遺 傳，選擇算子、交叉算子和變異算子作用于種群得到下一代種群。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力機葉片優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述終止條件 判斷，方法有代數(shù)限定、適應(yīng)度限定、停滯代數(shù)限定、停滯時限限定。
【文檔編號】G06F17/50GK104346500SQ201410678250
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】劉歡, 高淑芝, 王健, 李金鳳, 郭爍, 張琳琳 申請人:沈陽化工大學(xué)