风力发电机组传动链寻优方法及装置与流程

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风力发电机组传动链寻优方法及装置。

背景技术：

传动链为风力发电机组的主要执行机构。双馈风力发电机组技术成熟。其传动链基本可以分为风轮、主轴、增速齿轮箱、发电机等部件。本发明专利中传动链不包含风轮部分。风力发电机组传动链结构复杂，重要零部件较多，直接影响机组运行稳定性、安全性与经济性。其设计寻优过程是一个复杂的多目标优化问题。利用模糊数学对需要评判的目标进行建模，从而对影响其变化的因素进行综合评判的方法即为模糊综合评判决策。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种风力发电机组传动链寻优方法及装置，能够实现对风力发电机组传动链设计的综合寻优。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种风力发电机组传动链寻优方法，所述方法包括：确认传动链设计方案的评价因素集；根据模糊映射集获得的单因素评价矩阵，对评价因素集中的各个因素进行单独评价；根据给定的权重矩阵及各个因素的单独评价结果，对各个传动链设计方案进行模糊综合决策，获得最优的传动链设计方案。

在一些实施方式中，评价因素集包括：二级评价因素集。

在一些实施方式中，根据模糊映射集获得的单因素评价矩阵，对评价因素集中的各个因素进行单独评价，包括：根据模糊映射集获得的单因素评价矩阵，对二级评价因素集中的第二季的各个单个因素进行单独评价。

在一些实施方式中，模糊映射集包括：根据直接评价法建立的模糊映射集、根据经验公式法建立的模糊映射集，及根据隶属度函数法建立的模糊映射集。

在一些实施方式中，隶属度函数包括：偏大型正态分布隶属度函数。

在一些实施方式中，还包括：在根据模糊映射集获得的单因素评价矩阵，对评价因素集中的各个因素进行单独评价之后，根据给定的权重矩阵及各个因素的单独评价结果，对各个传动链设计方案进行模糊综合决策，获得最优的传动链设计方案之前，对评价因素集中的各个因素进行权重分配。

在一些实施方式中，根据给定的权重矩阵及各个因素的单独评价结果，对各个传动链设计方案进行模糊综合决策，获得最优的传动链设计方案，包括：根据权重矩阵及二级因素的单独评价结果，获取二级因素的模糊综合决策结果；根据二级因素的模糊综合决策结果，获取一级模糊综合决策单因素评判矩阵；根据一级因素各自的权重，获得传动链模糊综合评判最终结果。

在一些实施方式中，确认传动链设计方案的评价因素集，包括：确认传动链设计方案；确认与传动链设计方案所对应的评价因素集。

此外，本发明还提供了一种风力发电机组传动链寻优装置，所述装置包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据前文所述的风力发电机组传动链寻优方法。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

本发明的基于模糊综合决策的风力发电传动链寻优方法，在风力发电机组设计初始阶段对各方案进行因素分解，成立专家小组进行单因素评价，通过权威专家经验给定权重系数，最终对各设计方案进行模糊综合决策，获得最优设计。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明实施例提供的风力发电机组传动链寻优方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的二级评价因素集的示意图；

图3是本发明实施例提供的风力发电机组传动链寻优装置的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明主要解决的技术问题在于：提供一种基于模糊综合决策方法实现对风力发电机组传动链设计的综合寻优。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于模糊综合决策的风力发电机传动链优化设计方法，包括以下步骤；

s01，确定传动链设计因素集u＝{u1,u2,…,un}，如系统设计、成本质量，安装运维等。

s02，结合实际应用情况与经验建立评价集v＝{v1,v2,…,vm}，即不同的传动链设计方案。对m种评价集的评判并不是绝对的肯定与否定，如传动链齿轮箱性能优劣以专家组给出相应的评判分数。因此综合评判应该是v上的一个模糊子集：b＝{b1,b2,…,bn}∈t(v)。

s03，单因素评判：建立一个从u到v模糊变换t。如果对每个因素ui，单独做一个评判f(ui)，这可以看作是u到v的模糊映射f，即u→t(u),ui→f(ui)∈t(v)。

即确定单个因素在不同方案中的评价值。

s04，综合评判：组成专家小组进行讨论确定各因素权重。若输入一种权重a∈t(u)，则输出一个综合评判：b＝a×r∈t(v)。

文中风力发电机组传动链采用二级多层次模型，将因素集u＝{u1,u2,…,un}分为若干组u＝{u1,u2,…,um}。其中，u＝{u1,u2,…,um}为第一级因素集，如系统设计方法、成本质量等。而为第二因素集，如系统设计中的设计经验、振动噪声计算、传动部件可靠性等。相应的评判级也分为两级。在模糊决策评判时，先对二级因素集进行评判，设其权重为ai：

bi＝ai×ri(i＝1,2,…,k)

再对一级因素集作综合评判。设其权重为a＝(a1,a2,…,am)，总评判矩阵为b＝[b1,b2,…,bk]^t；然后按采用相应算子，得到综合评判b＝a×r∈t(v)。

本发明的基于模糊综合决策的风力发电传动链寻优方法，在风力发电机组设计初始阶段对各方案进行因素分解，成立专家小组进行单因素评价，通过权威专家经验给定权重系数，最终对各设计方案进行模糊综合决策，获得最优设计。

以下结合实例，对本发明的方法步骤做详细的描述如下：

第一步：传动链设计的主要指标可以分为系统设计计算、质量成本以及安装运维三个方面。传动链系统设计计算中包括动力学性能计算、主要部件可靠性计算与静强度计算等，且传动链类型设计经验也需要重点考虑。质量成本方面需要考虑传动链尺寸、主部件质量及制造成本。安装运维方面包括主要部件更换情况，润滑密封以及组装难度等。因此采用二层模糊综合决策对传动链设计进行寻优评价。以下为二级因素集案例，可根据设计方案进行调整：

第二步：评价集及其隶属度函数确认。传动链优化设计评价集即为某设计任务的传动链设计方案，如有6套传动链设计方案则就存在6个评价集。

第三步：因素集与评判集建立后，需要先对第二级因素集中的各个因素进行单因素评判，即建立模糊映射u→t(u)，以此得到单因素矩阵。建立模糊映射可采用直接评价法、经验公式法或隶属度函数法等方法来建立。以隶属度函数法为例。

不考虑设计成本的情况下，主轴承与齿轮箱设计可靠性越高，传动链设计安全性能越优，因此其隶属度函数可指派为偏大型隶属度函数。当安全系数q→∞时，认为其隶属度a(q)＝1；当安全系数q＝1时，其隶属度a(q)＝0。采用的隶属度函数选择为偏大型正态分布隶属度函数：

假设6个传动链设计方案中，假设齿轮箱安全系数＝2.5时，隶属度为0.95，可求得式中参数σ，进而获得单因素的隶属度函数。

将通过6个方案计算获得的齿轮箱安全系数数据(2.3，1.5，2.1，1.6，1.8)带入隶属度函数公式中，得到相应的隶属度，即可得到二级评判中的单因素评判矩阵，分别为：

r1＝[0.9260.6320.3630.8890.6990.798]

其余因素隶属度函数建立均可通过其余传动链设计优化目标间的关系进行建立。

第四步：在单因素评判矩阵确定后，此时只需确定各因素在二级评判过程中所占权重am，得到权重矩阵ai，便可通过m(·,+)算子来完成二级模糊综合决策。在模糊综合决策中，权重是至关重要的，它直接反应各因素在评判过程中的重要性，目前大部分情况下，权重是靠经验来确定的，不可否认，这在一定程度上能反映实际情况，评判结果也比较符合实际，但是凭经验给出的权重往往带有主观性，有时不能客观的反映出实际情况，这是模糊综合决策不可避免的问题。目前的解决方法为对多个专家的意见进行统计分析，得到较为合理的权重。

假设某方案评价中专家小组给出的评价因数权重如下：

第五步：按专家小组给定的权重系数对各二级指标分别进行评判。如确定系统设计权重a1＝[0.25,0.25,0.3,0.25,0.1,0.15]。则可得到系统设计的二级模糊综合决策结果：b1＝a1×r1＝[b11,b12,b13,b14,b15,b16]；

在完成二级模糊综合评判后，得到的评判结果b1、b2、b3，那么可得到一级模糊综合决策单因素评判矩阵为：

则二级综合评判结果为b＝aοr＝[b1,b2,b3,b4,b5,b6]。可知只需确定因素u1系统设计、u2成本质量、u3安装运维的权重大小便可得到传动链模糊综合评判最终结果。假设b6最大，则可确定第六方案为传动链最优设计方案。

图3示出了风力发电机组传动链寻优装置的结构。参见图3，例如，所述风力发电机组传动链寻优装置300可以用于充当风电机组系统中的桨距角寻优调节主机。如本文所述，风力发电机组传动链寻优装置300可以用于在风电机组系统中实现对机组桨距角的寻优调节功能。风力发电机组传动链寻优装置300可以在单个节点中实现，或者风力发电机组传动链寻优装置300的功能可以在网络中的多个节点中实现。本领域的技术人员应意识到，术语风力发电机组传动链寻优装置包括广泛意义上的设备，图3中示出的风力发电机组传动链寻优装置300仅是其中一个示例。包括风力发电机组传动链寻优装置300是为了表述清楚，并不旨在将本发明的应用限制为特定的风力发电机组传动链寻优装置实施例或某一类风力发电机组传动链寻优装置实施例。本发明所述的至少部分特征/方法可以在网络装置或组件，例如，风力发电机组传动链寻优装置300中实现。例如，本发明中的特征/方法可以采用硬件、固件和/或在硬件上安装运行的软件实现。风力发电机组传动链寻优装置300可以是任何通过网络处理，存储和/或转发数据帧的设备，例如，服务器，客户端，数据源等。如图3所示，风力发电机组传动链寻优装置300可以包括收发器(tx/rx)310，其可以是发射器，接收器，或其组合。tx/rx310可以耦合到多个端口350(例如上行接口和/或下行接口)，用于从其他节点发送和/或接收帧。处理器330可耦合至tx/rx310，以处理帧和/或确定向哪些节点发送帧。处理器330可以包括一个或多个多核处理器和/或存储器设备332，其可以用作数据存储器，缓冲区等。处理器330可以被实现为通用处理器，或者可以是一个或多个专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)和/或数字信号处理器(digitalsignalprocessor，简称dsp)的一部分。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。