基于多目标遗传算法的风力机叶片全局优化设计

发布时间：2017-10-06 01:40

  本文关键词：基于多目标遗传算法的风力机叶片全局优化设计

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【摘要】：风力机叶片设计的目标多样性使得传统单一目标设计方法无法满足设计要求,大型风力机的高发电量与大负载之间的矛盾必须得到平衡。为此,以年发电量最大和叶片质量最轻为优化设计目标,通过多目标遗传算法设计5 MW大型风力机叶片,得到Pareto分布优化解集。与美国可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory,NREL)设计的5 MW风力机叶片比较,结果表明,Pareto优化解集均一定程度优于参考叶片,年发电量最大提高量为3.3%,最大质量减少量为8.7%,其中优化设计叶片2在质量降低3.8%的基础上,提高了3%的年发电量,达到了优化设计的目的。优化设计叶片额定风况下推力系数和叶根弯矩均更小,最大功率系数更大。变风况下功率特性与参考叶片相差不大,低风速下设计叶片输出功率略高,推力系数更小。
【作者单位】： 上海理工大学能源与动力工程学院;上海理工大学上海市动力工程多相流动与传热重点实验室;
【关键词】： 风力机叶片 多目标优化 遗传算法 Pareto解集
【基金】：国家自然科学基金(51176129) 上海市教育委员会科研创新(重点)(13ZZ120,13YZ066) 教育部高等学校博士学科点专项科研基金(博导类)(20123120110008) 上海市研究生创新基金(JWCXSL1402)资助项目
【分类号】：TM315
【正文快照】： 0前言*风电发展迅速,为减小发电成本,风力机的发展逐渐趋于大型化,风轮质量也随之陡增,2020年预计投入使用的20 MW风力机风轮直径达200m[1]。叶片作为风力机唯一汲取能量的部件,其气动外形直接影响风力机功率特性,也与叶片的结构强度与载荷承受能力密切相关。传统的设计方法均

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 陈进;王旭东;沈文忠;朱卫军;张石强;;风力机叶片的形状优化设计[J];机械工程学报;2010年03期

2 胡燕平;戴巨川;刘德顺;;大型风力机叶片研究现状与发展趋势[J];机械工程学报;2013年20期

3 汪泉;陈进;王君;游颖;孙金风;邬述晖;;气动载荷作用下复合材料风力机叶片结构优化设计[J];机械工程学报;2014年09期

4 程珩;张水明;权龙;;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[J];机械工程学报;2015年01期

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 程危危;曹登庆;初世明;;风力机叶片动力学建模研究[J];动力学与控制学报;2011年04期

2 成昌振;袁光明;;具有自动控制功能的风机叶片疲劳加载基座设计[J];装备制造技术;2012年07期

3 杨从新;张强;;考虑静气弹特性的风力机叶片优化设计[J];兰州理工大学学报;2014年01期

4 颜晨;李晓玲;李义全;;大型复合材料风电叶片模具整体设计与制造技术[J];玻璃钢/复合材料;2014年05期

5 刘颖;严军;;基于叶素动量理论的水平轴风力机叶片设计方法[J];兰州理工大学学报;2014年06期

6 贾智源;关晓方;王战坚;侯博;李炜;;风电叶片用单向复合材料单层厚度影响因素研究[J];玻璃钢/复合材料;2015年04期

7 杨阳;李春;叶舟;缪维跑;;风力机叶片多目标遗传算法优化设计[J];工程热物理学报;2015年05期

8 周凤玺;马强;宋瑞霞;;含液饱和多孔二维梁的动力特性分析[J];工程力学;2015年05期

9 姜海波;曹树良;阳平;;水平轴风力机的功率极限[J];机械工程学报;2011年10期

10 杨涛;任永;刘霞;黄树红;高伟;;风力机叶轮质量不平衡故障建模及仿真研究[J];机械工程学报;2012年06期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 程危危;曹登庆;初世明;;水平轴风力机叶片非线性振动研究[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 张德欣;工程设计中一些形状优化问题的研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

2 张石强;风力机专用翼型及叶片关键设计理论研究[D];重庆大学;2010年

3 何伟;湍流风场模拟与风力发电机组载荷特性研究[D];华北电力大学;2013年

4 李媛;风力机叶片流固耦合数值模拟[D];华北电力大学;2013年

5 姚奇;Magnus风力机叶片的改进及其特性研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

6 汪泉;风力机叶片气动外形与结构的参数化耦合设计理论研究[D];重庆大学;2013年

7 刘国特;风力发电机叶片覆冰预测与覆冰对机组出力影响研究[D];华南理工大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 甘文艳;风机叶片动态响应优化设计[D];兰州理工大学;2011年

2 周振凯;水平轴风力机叶片优化设计[D];重庆大学;2011年

3 王新新;独立式PMSG风电实验平台的研究与实现[D];江南大学;2012年

4 张福成;基于FLUENT的风力发电机流场仿真研究[D];大连理工大学;2012年

5 任永;风力机轮不平衡故障建模与仿真研究[D];华中科技大学;2012年

6 张钊;大型水平轴风力机叶片气动优化设计及气动载荷分析[D];兰州理工大学;2013年

7 张强;大型水平轴风力机叶片气动结构一体化优化设计[D];兰州理工大学;2013年

8 周率;基于模糊-Q算法的自动发电控制问题研究[D];华南理工大学;2013年

9 凡盛;小型风力机叶片气动外形优化与动力特性分析[D];湘潭大学;2013年

10 马俊达;海洋浮标光学稳定系统控制规律的研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈宗来,陈余岳;大型风力机复合材料叶片技术及进展[J];玻璃钢/复合材料;2005年03期

2 赵亮;吕剑虹;向文国;;采用极值搜索法的风电机组最大风能追踪控制[J];电网技术;2011年05期

3 张春丽;黄争鸣;董国华;;基于非线性本构关系的复合材料风机叶片有限元极限分析与设计[J];复合材料学报;2007年02期

4 张建辉;杨少冲;苏胜昔;阎宇杰;;风电叶片玻璃纤维层合板的力学性能试验研究[J];复合材料学报;2011年05期

5 冯消冰;黄海;王伟;;基于遗传算法的大型风机复合材料叶片根部强度优化设计[J];复合材料学报;2012年05期

6 陈宇奇;王铁民;苏成功;;风电机组叶片蒙皮结构铺层设计研究[J];风能;2010年07期

7 周伟;孙诗茹;冯艳娜;张亭;韩江云;戚海东;;风电叶片复合材料拉伸损伤破坏声发射行为[J];复合材料学报;2013年02期

8 吴蔚;杨科;张磊;刘强;;6 MW大厚度钝尾缘风电叶片结构分析[J];工程热物理学报;2013年06期

9 肖帅;杨耕;耿华;;抑制载荷的大型风电机组滑模变桨距控制[J];电工技术学报;2013年07期

10 余畏;张明明;徐建中;;基于柔性尾缘襟翼的风电叶片气动载荷智能控制[J];工程热物理学报;2013年06期

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 黄小华;李德源;;风力机叶片动力特性测试分析方法研究[J];长江大学学报(自科版)理工卷;2007年02期

2 黄华;张礼达;;风力机叶片翼型气动性能设计计算方法的分析与研究[J];能源工程;2007年03期

3 张礼达;任腊春;陈荣盛;毛金铎;;风力机叶片外形设计及三维实体建模研究[J];太阳能学报;2008年09期

4 陈绍杰;申振华;徐鹤山;;复合材料与风力机叶片[J];玻璃钢/复合材料;2008年02期

5 陈绍杰;申振华;徐鹤山;;复合材料与风力机叶片[J];可再生能源;2008年02期

6 田会方;曾琴琴;黄超;;风力机叶片设计与建模[J];机械制造;2009年03期

7 王强华;;风力机叶片的运行和维护策略[J];玻璃钢;2009年03期

8 陈进;王旭东;沈文忠;朱卫军;张石强;;风力机叶片的形状优化设计[J];机械工程学报;2010年03期

9 王强华;;热塑性塑料可用于风力机叶片吗?[J];玻璃钢;2010年02期

10 王旭东;陈进;张石强;;基于气动弹性理论的风力机叶片耦合分析[J];太阳能学报;2010年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 师英;陈长征;;大型风力机叶片工作状态监测新方法的研究[A];第十二届全国设备故障诊断学术会议论文集[C];2010年

2 张锦南;钟方国;;300kW风力机叶片的研制与应用[A];第十三届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];1999年

3 魏东;李树民;陈坤;杜雁霞;桂业伟;;复合材料风力机叶片的轻量化设计[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

4 梁明轩;陈长征;;风力机叶片流固耦合效应研究[A];第十二届全国设备故障诊断学术会议论文集[C];2010年

5 张锦南;邬培超;;大型玻璃钢风力机叶片的发展与研制[A];第十一届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];1995年

6 严天鹏;肖劲松;;大型风力机叶片的红外成像无损检测技术研究[A];21世纪太阳能新技术——2003年中国太阳能学会学术年会论文集[C];2003年

7 张传经;肖劲松;;基于可靠性的风力机叶片在拍打方向上的疲劳分析[A];21世纪太阳能新技术——2003年中国太阳能学会学术年会论文集[C];2003年

8 姚辉;陈余岳;;大型风力机叶片气弹稳定分析[A];21世纪太阳能新技术——2003年中国太阳能学会学术年会论文集[C];2003年

9 杨国林;陈长征;;基于遗传算法的风力机叶片优化设计理论[A];第十二届全国设备故障诊断学术会议论文集[C];2010年

10 李传胜;张锦南;;真空灌注成型工艺在大型风力机叶片中的应用[A];第十六届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];2005年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 驻上海记者 施来发;国内第一片1.5兆瓦风力机叶片成功下线[N];中国建材报;2006年

2 记者　张从春 通讯员　杨懿忠;中复连众成功收购德国风力机叶片公司[N];国际商报;2007年

3 康传明　张为民;十一院风力机叶片设计取得突破[N];中国航天报;2009年

4 张锦南;国产300千瓦风力机叶片前景广阔[N];中国电力报;2001年

5 记者　李忠国;德国诺依公司代表来我市考察[N];白银日报;2006年

6 采如;中国建材收购德国NOI叶片工厂[N];中国贸易报;2007年

7 吉文化邋樊华 金功亭 严维新;“拿来主义”续写风叶传奇[N];江苏经济报;2007年

8 记者 王孙;CCS颁发首张风电产品认证书[N];中国船舶报;2008年

9 驻上海记者 施来发;上海玻璃钢研究院获国内风电行业首张产品认证证书[N];中国建材报;2008年

10 张长明;LM风力机叶片预弯发明专利被判无效[N];中国建材报;2008年

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 张宇;大型风力机叶片的振动分析与优化设计[D];沈阳工业大学;2013年

2 陈洪胜;后掠型风力机叶片的启动特性研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2012年

3 刘磊;风力机叶片非定常气动特性的研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2012年

4 乔印虎;压电板壳风力机叶片设计与振动控制研究[D];合肥工业大学;2014年

5 赵新光;风力机叶片疲劳裂纹特征提取方法研究[D];沈阳工业大学;2013年

6 廖猜猜;极限载荷条件下的风力机叶片铺层优化设计研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2012年

7 汪泉;风力机叶片气动外形与结构的参数化耦合设计理论研究[D];重庆大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李芒芒;风力机叶片机械损伤动态监测方法与技术研究[D];长沙理工大学;2012年

2 魏义利;大型风力机叶片的外形设计与数值模拟分析[D];大连理工大学;2010年

3 梁明轩;风力机叶片流固耦合机理研究[D];沈阳工业大学;2011年

4 刘克刚;风力机叶片设计与流场仿真[D];武汉理工大学;2011年

5 韩宇;大型风力机叶片疲劳寿命分析[D];华北电力大学（北京）;2011年

6 申慧渊;风力机叶片气动弹性稳定性的工程应用研究[D];兰州理工大学;2011年

7 张庆麟;风力机叶片三维气动性能的数值研究[D];清华大学;2007年

8 朱卫平;周期性及气动荷载对风力机叶片动力特性影响研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

9 赵明安;风力机叶片阻尼减振动态特性研究[D];太原科技大学;2012年

10 任延中;兆瓦级风力机叶片挥舞摆振特性研究[D];华北电力大学;2012年

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本文编号：980000