【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)機(jī)葉片生成式優(yōu)化設(shè)計方法。
技術(shù)介紹
1、現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量越來越大，從早期的幾百千瓦到現(xiàn)在的幾兆瓦（mw）甚至十幾兆瓦。大型機(jī)組的開發(fā)使得風(fēng)電場的發(fā)電能力大幅提升。而風(fēng)機(jī)葉片大多采用新材料和優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，使得現(xiàn)代風(fēng)機(jī)葉片更加輕量化和高效化，風(fēng)機(jī)葉片優(yōu)化是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響到風(fēng)機(jī)的效率和可靠性。隨著計算能力和算法技術(shù)的進(jìn)步，風(fēng)機(jī)葉片優(yōu)化方法也在不斷發(fā)展。
2、目前，風(fēng)機(jī)葉片優(yōu)化大多采用cfd進(jìn)行高精度的氣動性能模擬，結(jié)合大尺度的氣候模型和小尺度的局部流場模型，進(jìn)行多尺度耦合模擬，精確預(yù)測風(fēng)力資源和葉片性能，評估葉片設(shè)計在不同風(fēng)況下的表現(xiàn)，通過模擬可以優(yōu)化葉片的形狀、角度和結(jié)構(gòu)，提高捕風(fēng)效率。但是cfd模擬和優(yōu)化算法需要大量計算資源，尤其是當(dāng)涉及多目標(biāo)優(yōu)化和高分辨率模擬時，計算時間和成本非常高。而傳統(tǒng)的優(yōu)化算法如遺傳算法（ga)、粒子群優(yōu)化算法（pso）能夠模擬自然選擇和遺傳機(jī)制，通過迭代搜索找到葉片設(shè)計的最優(yōu)解，但是其計算成本和時間較長，每次適應(yīng)度評估可能需要進(jìn)行復(fù)雜的仿真或計算，特別是在風(fēng)機(jī)葉片優(yōu)化中，適應(yīng)度評估通常涉及cfd模擬，這進(jìn)一步增加了計算開銷。而隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，未來風(fēng)機(jī)葉片優(yōu)化方法將繼續(xù)向智能化、自動化和集成化方向發(fā)展。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)將更加深入地融入優(yōu)化過程，提高設(shè)計效率和質(zhì)量。同時，多學(xué)科優(yōu)化方法將進(jìn)一步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)葉片的全局最優(yōu)設(shè)計。在計算資源和實(shí)驗驗證方面，將更多地利用先進(jìn)的計算技術(shù)和試驗手段，確
3、基于以上分析，本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是：風(fēng)機(jī)葉片優(yōu)化難以同時兼顧多個設(shè)計目標(biāo)，如氣動性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和成本等，容易陷入局部最優(yōu)解；很難通過多目標(biāo)訓(xùn)練，生成同時滿足多個目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計，并通過判別器的反饋，逐步改進(jìn)生成的設(shè)計，找到綜合性能最優(yōu)的葉片形狀。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)機(jī)葉片生成式優(yōu)化設(shè)計方法，解決在風(fēng)機(jī)葉片優(yōu)化難以同時兼顧多個設(shè)計目標(biāo)，如氣動性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和成本等，容易陷入局部最優(yōu)解的問題；通過多目標(biāo)訓(xùn)練，生成同時滿足多個目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計，并通過判別器的反饋，逐步改進(jìn)生成的設(shè)計，找到綜合性能最優(yōu)的葉片形狀。
2、為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：
3、一種基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)機(jī)葉片生成式優(yōu)化設(shè)計方法，步驟為：
4、步驟1、利用仿真算法對現(xiàn)有風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行大規(guī)模數(shù)值仿真，用于獲取葉片的幾何數(shù)據(jù)、網(wǎng)格單元劃分結(jié)果、升力在內(nèi)的特性評估以及應(yīng)力、應(yīng)變和變形數(shù)據(jù)；分析不同風(fēng)機(jī)葉片在不同環(huán)境下的振動特性以及各結(jié)構(gòu)參數(shù)對風(fēng)機(jī)葉片動力響應(yīng)的影響機(jī)理，形成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；得到可供后續(xù)步驟使用的數(shù)據(jù)集合；
5、步驟2、獲取現(xiàn)有風(fēng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)的前視圖、左側(cè)視圖和頂視圖，構(gòu)成原始數(shù)據(jù)集；得到三個不同視圖的原始數(shù)據(jù)集；利用編碼器對各視圖原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行降維處理，消除浮筒之間連接結(jié)構(gòu)對后續(xù)生成式優(yōu)化設(shè)計的影響，僅保留圖像中浮筒的關(guān)鍵信息；得到降維后的關(guān)鍵信息數(shù)據(jù)集；將編碼后的原始數(shù)據(jù)集輸入生成對抗網(wǎng)絡(luò)，生成新的風(fēng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)三視圖；
6、對生成的編碼圖像進(jìn)行解碼處理，通過升維操作還原到與原始數(shù)據(jù)集相同的維度，并根據(jù)三視圖重構(gòu)風(fēng)機(jī)葉片三維結(jié)構(gòu)；得到新的風(fēng)機(jī)葉片三維結(jié)構(gòu)，即全新設(shè)計的風(fēng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)；
7、步驟3、利用生成對抗網(wǎng)絡(luò)對新型風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行發(fā)電功率評估；得到新葉片的發(fā)電效率；
8、步驟4、根據(jù)原始數(shù)據(jù)集，利用生成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析原始數(shù)據(jù)集并識別數(shù)據(jù)特征、屬性，通過向?qū)傩蕴砑釉朦c(diǎn)來修改數(shù)據(jù)屬性，得到修改后的數(shù)據(jù)；將修改后的數(shù)據(jù)傳遞給預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算生成的輸出屬于原始數(shù)據(jù)集的概率，為生成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供參考，減少下一周期噪點(diǎn)隨機(jī)化；用于得到概率結(jié)果；
9、步驟5、對生成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對抗訓(xùn)練，生成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最大限度地提高預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)出錯的可能性，預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最大限度地降低自身出錯的可能性；在訓(xùn)練迭代的過程中，兩個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會不斷演變并相互對抗，直到達(dá)到平衡狀態(tài)；最終輸出經(jīng)過優(yōu)化訓(xùn)練的風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計。
10、優(yōu)選地，步驟1的子步驟為：
11、步驟?1.1：首先，確定合適的仿真算法，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，所述的相關(guān)參數(shù)包括仿真精度、計算范圍；
12、然后，將現(xiàn)有風(fēng)機(jī)葉片的模型導(dǎo)入仿真軟件中，啟動仿真過程；通過仿真，獲取葉片的幾何數(shù)據(jù)，所述的幾何數(shù)據(jù)包括葉片的形狀、尺寸在內(nèi)的信息；得到網(wǎng)格單元劃分結(jié)果，
13、最后將葉片模型劃分為細(xì)小的網(wǎng)格，以便更準(zhǔn)確地分析葉片的特性；評估葉片的升力、阻力特性，以及在各種載荷條件下的應(yīng)力、應(yīng)變和變形數(shù)據(jù)；
14、步驟?1.2：分析不同風(fēng)機(jī)葉片在不同環(huán)境下的振動特性以及各結(jié)構(gòu)參數(shù)對風(fēng)機(jī)葉片動力響應(yīng)的影響機(jī)理；收集不同風(fēng)機(jī)葉片在不同環(huán)境條件下的運(yùn)行數(shù)據(jù)，運(yùn)行數(shù)據(jù)包括風(fēng)速、風(fēng)向；
15、對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究葉片的振動特性，確定哪些結(jié)構(gòu)參數(shù)對葉片的動力響應(yīng)有重要影響；通過分析，形成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，所述的數(shù)據(jù)集包含了葉片的各種特性數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)信息，為后續(xù)步驟提供數(shù)據(jù)支持。
16、優(yōu)選地，步驟2的子步驟為：
17、步驟?2.1：獲取現(xiàn)有風(fēng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)的前視圖、左側(cè)視圖和頂視圖；使用圖像采集設(shè)備或軟件工具，對現(xiàn)有風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行多角度拍攝或建模，獲取葉片結(jié)構(gòu)的前視圖、左側(cè)視圖和頂視圖；將三個視圖組合起來，構(gòu)成原始數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集包含了葉片不同角度的結(jié)構(gòu)信息；
18、步驟?2.2：對各視圖原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行降維處理；選擇合適的編碼器，將各視圖的原始數(shù)據(jù)集輸入編碼器中；編碼器通過學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的特征，對數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，消除浮筒之間連接結(jié)構(gòu)對后續(xù)生成式優(yōu)化設(shè)計的影響，僅保留圖像中浮筒的關(guān)鍵信息；經(jīng)過降維處理后，得到降維后的關(guān)鍵信息數(shù)據(jù)集；
19、步驟?2.3：將編碼后的原始數(shù)據(jù)集輸入生成對抗網(wǎng)絡(luò)；設(shè)置生成對抗網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，如生成器和判別器的結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)率；將編碼后的原始數(shù)據(jù)集輸入生成對抗網(wǎng)絡(luò)中，啟動網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程；生成對抗網(wǎng)絡(luò)通過不斷學(xué)習(xí)和優(yōu)化，生成新的風(fēng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)三視圖；
20、步驟?2.4：對生成的編碼圖像進(jìn)行解碼處理并重構(gòu)三維結(jié)構(gòu)；將生成的編碼圖像輸入解碼器中，通過升維操作還原到與原始數(shù)據(jù)集相同的維度；然后，根據(jù)三視圖的信息，使用三維建模軟件或算法，重構(gòu)風(fēng)機(jī)葉片的三維結(jié)構(gòu)；最終得到新的風(fēng)機(jī)葉片三維結(jié)構(gòu)，即全新設(shè)計的風(fēng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)。
21、優(yōu)選地，步驟3的子步驟為：
22、步驟3.1、將新設(shè)計的風(fēng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)輸入生成對抗網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)通過分析葉片的結(jié)構(gòu)和特性，預(yù)測葉片在不同工作條件下的發(fā)電功率；
23、步驟3.2、通過評估得到新葉片的發(fā)電效率，確定新設(shè)計的葉片是否具有更高的發(fā)電效率。
24、優(yōu)選地，步驟4的子步驟為：
25、步驟?4.1、利用生本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)機(jī)葉片生成式優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)機(jī)葉片生成式優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：步驟1的子步驟為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)機(jī)葉片生成式優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：步驟2的子步驟為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)機(jī)葉片生成式優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：步驟3的子步驟為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)機(jī)葉片生成式優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：步驟4的子步驟為：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)機(jī)葉片生成式優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：步驟5的子步驟為：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)機(jī)葉片生成式優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：步驟2中，編碼器通過編碼、解碼操作解決浮筒之間連接結(jié)構(gòu)影響生成優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)的問題；操作方法為：
8.一種基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)機(jī)葉片生成式優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)，其特征在于：采用了根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項所述的一種基于生成
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)機(jī)葉片生成式優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)機(jī)葉片生成式優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：步驟1的子步驟為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)機(jī)葉片生成式優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：步驟2的子步驟為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)機(jī)葉片生成式優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于：步驟3的子步驟為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)機(jī)葉片生成式優(yōu)化設(shè)計方...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐翠梅，趙國漢，馬龍，程建，秦明，劉震卿，慎志勇，文仁強(qiáng)，
申請(專利權(quán))人：中國長江電力股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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