快速全局優(yōu)化算法及其在高溫超導(dǎo)儲能磁體中的應(yīng)用.pdf

1、隨著高溫超導(dǎo)材料技術(shù)的進(jìn)步，以及電力系統(tǒng)發(fā)展的新需求，高溫超導(dǎo)儲能系統(tǒng)(HTS-SMES)已日臻成熟并步入實(shí)用化。現(xiàn)階段這一高新技術(shù)成果的研發(fā)，其前沿性的關(guān)鍵技術(shù)之一聚焦于高溫超導(dǎo)磁體的優(yōu)化設(shè)計。 本文對歸屬隨機(jī)類優(yōu)化算法的粒子群算法(PSO)進(jìn)行了有工程實(shí)用價值的改進(jìn)研究。所構(gòu)造的改進(jìn)算法汲取了模擬退火算法的“上山性”，并融合了交叉和變異算子，從而為快速全局優(yōu)化提供了一種性能更趨完善的新方法。在嚴(yán)格論證的基礎(chǔ)上，本文首次成功應(yīng)

2、用該快速全局優(yōu)化新算法解決了高溫超導(dǎo)儲能磁體的優(yōu)化設(shè)計問題。 其次，為了解決現(xiàn)有全局優(yōu)化算法不能同時兼顧設(shè)計精度和計算效率的矛盾，本文提出了兩種各具特色的表面響應(yīng)模型(RSM)：所提出的基于MQ函數(shù)的張量基構(gòu)造高維徑向基函數(shù)(RBF)的新方法，有效地提高了所構(gòu)造RSM模型的精度；所提出的基于移動最小二乘法(MLS)的RSM，計算實(shí)例驗(yàn)證了本文的新見解具有靈活、可靠，可根據(jù)采樣點(diǎn)分布自動調(diào)節(jié)支撐區(qū)間的能力。 本文進(jìn)一步提出

3、了基于表面響應(yīng)模型(RSM)與隨機(jī)類優(yōu)化算法相結(jié)合的一類新的快速全局混合優(yōu)化算法。實(shí)例證明，這類混合算法既能有效地減少優(yōu)化計算中有限元分析的解算次數(shù)，又能保證所搜索到的解為全局最優(yōu)解。 基于理論分析研究，本文建立了單螺線管型、軸線平行式組合螺線管系統(tǒng)和環(huán)狀螺線管系統(tǒng)三類磁體的電磁場、儲能和電感參數(shù)的計算模型及其數(shù)值解，以及力場的數(shù)值計算方法。其中，對環(huán)狀螺線管系統(tǒng)的磁場所建立的高精度的數(shù)值計算模型和方法，突出體現(xiàn)了作者的新見解。

4、 本文以已投入運(yùn)行的35KJ/7KW高溫超導(dǎo)儲能磁體為樣本，進(jìn)行了系統(tǒng)的對比性研究，確證了本文在高溫超導(dǎo)磁體優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域中獨(dú)立完成的理論分析的方法及其相關(guān)的計算公式，并以本文提出的PSOC快速全局優(yōu)化算法的工程應(yīng)用，成功地對35KJ/7KW高溫超導(dǎo)儲能磁體進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，并完成了300MJ/100MW高溫超導(dǎo)磁體概念設(shè)計的探索性研究。 最后，本文還對減小超導(dǎo)磁體端部徑向分量Bρ專題進(jìn)行了初步的研究，以便最大限度地提高超導(dǎo)