【摘 要】
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开关磁阻发电机(Switched reluctance generator,SRG)因其结构简单、坚固,成本低,容错能力强,调速范围广等优势,在风力发电领域有很好的应用前景,但其双凸极结构以及开关形式的供电电源导致转矩脉动和噪声较大,使得SRG在工程应用中受到限制。考虑到开关磁阻风力发电机是典型的机电一体化装置,开关磁阻风力发电机与功率变换器、控制器之间联系密切,为了使发电机整体性能最优,本文对发
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开关磁阻发电机(Switched reluctance generator,SRG)因其结构简单、坚固,成本低,容错能力强,调速范围广等优势,在风力发电领域有很好的应用前景,但其双凸极结构以及开关形式的供电电源导致转矩脉动和噪声较大,使得SRG在工程应用中受到限制。考虑到开关磁阻风力发电机是典型的机电一体化装置,开关磁阻风力发电机与功率变换器、控制器之间联系密切,为了使发电机整体性能最优,本文对发电机的结构参数和控制参数进行集成优化。但是,由于开关磁阻风力发电机的集成优化设计同时优化结构参数和控制参数,导致其优化目标函数形态较为复杂,呈现非凸、多峰等情况。为解决这一问题,本文提出一种有效的开关磁阻风力发电机集成优化设计方法,主要内容如下:首先,利用Ansoft Maxwell软件设计并搭建四相8/6极SRG的有限元模型,基于开关磁阻发电机的参数化及敏感性分析,确定开关磁阻风力发电机集成优化设计的优化变量及变量区间。其次,SRG由于磁路饱和、涡流、磁滞效应等因素产生的非线性特性,导致无法实现优化目标函数的精确数学建模。本文采用响应面法对发电机的优化目标进行回归建模,得到开关磁阻风力发电机输出性能与发电机结构参数、控制参数的映射关系,并对模型精度进行了分析验证。接着,本文提出采用模糊逻辑NSGA-Ⅲ多目标优化方法对开关磁阻风力发电机的结构参数和控制参数进行集成优化。通过搭建基于模糊逻辑的Mamdani模糊推理系统,完成了在开关磁阻风力发电机优化过程中对基于参考点的非支配排序遗传算法(Non-dominated sorting genetic algorithm based on reference point,NSGA-Ⅲ)种群个体相对强度值的赋值,实现了决策者偏好信息的引入,用于指导算法的搜索方向。采用模糊逻辑NSGA-Ⅲ对开关磁阻风力发电机的优化目标响应面模型进行优化,得到满足决策者偏好的Pareto前沿,并取相对强度值最大的解为最优设计方案。最后,采用模糊逻辑NSGA-Ⅲ与NSGA-Ⅲ分别进行开关磁阻风力发电机集成优化设计,对比仿真实验结果验证了考虑决策者偏好下的模糊逻辑NSGA-Ⅲ方法的优越性;对比开关磁阻风力发电机优化前后的系统运行性能,验证了所提多目标优化方法的有效性。本文提出的基于模糊逻辑NSGA-Ⅲ的开关磁阻风力发电机多目标优化方法,在算法搜索前考虑了决策者的偏好,减轻了决策者从Pareto最优解集中选取最优解的负担,有效地解决了开关磁阻风力发电机集成优化设计问题,为开关磁阻风力发电机的集成优化,乃至其它机型电机的优化提供新的思路和方向。
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