水轮机调节系统可视化仿真模型研究

由于水力机组数学模型包含有非线性等因素,所以在实际计算及仿真时难于表示。运用仿真软件SIMULINK,建立了一种进行水轮机调节保证计算的可视化仿真模型,在建立模型时,利用水轮机的全特性建立其非线性数学模型,并考虑了调速器的限幅非线性因素,从而使计算结果要比采用近似计算公式的计算结果更精确。所建立的模型具有很强的开放性和可移植性,模型的结构易于修改和重构,能适应水电站个性强的特点,给水轮机调节保证计算提供了一种非常简便易行的方法。     

单桩性状的可视化仿真

基于可视化仿真原理对竖向荷载和水平荷载作用下单桩性状的可视化仿真分析进行了探讨。对于竖向荷载下的单桩，采用了佐藤悟提出的荷载传递函数模型进行分析。水平荷载下的单桩分析，则采用非线性弹塑性模型的p-y曲线方法来模拟桩土相互作用。在Visual Basic 6.0集成开发环境中，使用VB作为主要开发语言，并辅之以Matrix VB与Windows API的图形功能，编制了具有Windows界面和图形处理功能的单桩性状分析程序SPA (Single Pile Analysis for axial and lateral behaviour)。该可视化仿真软件可以将大量的计算结果以静态或动态的图形图像形式表示，帮助用户更加快速、直观、方便地分析仿真计算结果。     

调水工程系统的水力控制仿真及参数的优化

本文将现代控制理论与数字仿真技术相结合，建立了包括管道、泵站及前池等明渠输水系统的水力控制状态模型，并运用神经网络理论对参数进行优化。在数字仿真平台上对所建立的调水工程全系统进行了动态仿真模拟，通过对实例的优化仿真模拟证明：该仿真模型对调水系统具有良好的调节和控制性能，实现了输水系统水力控制过程动态仿真的可视化；神经网络理论的应用也使系统参数得到优化。     

基于Simulink/Matlab的漆水河水污染控制系统规划仿真

运用排放口最优化方法进行漆水河水污染控制系统规划,污水处理效率分段时采用灰参数建立灰区间的方法可以克服线性化过程中非线性效应的影响.利用Simulink/Matlab建立水污染控制系统可视化仿真平台,对漆水河水污染控制系统规划方案进行可视化仿真,为漆水河水污染控制规划方案制定提供科学依据.     

基于BIM模型的远距离调水工程可视化管理系统设计

由于现有系统存在可视化调控率较低的问题,因此提出一种基于BIM模型的远距离调水工程可视化管理系统。系统的硬件构成为RFID系统模块,RFID系统模块中的读卡器型号选择GT2000。系统的软件构成包括施工仿真模块、可视化管理模块、现场监测模块、GIS模块、报表模块。施工仿真模块负责对远距离调水工程的施工进行仿真;可视化管理模块负责进行远距离调水工程的可视化管理;现场监测模块用于对远距离调水工程进行现场监测;GIS模块负责提供GIS相关功能;报表模块提供相关报表的数字化功能。通过硬件与软件相结合,实现了远距离调水工程可视化管理。通过实验,验证了该系统的可视化调控率更高,实现了性能突破。     

调水工程水力控制中面向对象可视化仿真的研究

针对南水北调中线实际情况进行了研究，将面向对象的可视化仿真技术应用在长距离调水工程。研究了变速泵控制前池水位的原理及数学模型，分析了泵站前池、水泵和压力管道的线性化数学模型。利用现代数字计算机技术，建立了调水系统中变速泵控制调节前池水位的动态可视化仿真模型，并通过实例证明该模型具有较高的实用价值。     

高心墙堆石坝施工现场交通 可视化仿真研究

在全面分析施工场内交通运输系统的特点及其影响因素的前提下,建立了贯穿整个工程施工 过程的高心墙堆石坝施工场内交通运输系统仿真模型。该模型即可对全部分项工程中各运输环节的场 内交通运输过程进行仿真,又可在仿真计算成果的基础上实现可交互的施工场内交通三维动态可视化 分析。研究成果应用于西南某高心墙堆石坝工程中,其仿真成果验证了该方法的先进性,为工程施工 组织设计及运输方案制定比选提供有效的技术支持。     

某300 MW机组水轮机调节系统参数实测及建模分析

为提高电力系统稳定分析计算的准确性和电网调度对试验机组生产调度的科学性,对某300 MW混流式水电机组进行水轮机调节系统控制参数测试和建模分析。以试验机组水力机械特性和调速系统实际控制逻辑为依据,兼顾调节控制的死区、限幅、延时、非线性函数等因素导致的非线性特性和仿真计算的方便简约性,在MatLab/Simulink中对水轮机调节系统的电气控制、液压系统和原动机3个环节进行建模;针对原动机环节分别建立了电力系统分析综合程序通用模型和自定义模型;对模型参数进行了现场实测和仿真辨识,并对电力系统分析综合程序通用模型和自定义模型进行比较分析。结果表明自定义模型参数能更好地反映机组设备本身的动态响应特性。该模型的建立为水电机组电力稳定计算分析领域的完善和发展提供了参考。     

基于CATIA的引水隧洞施工动态可视化仿真

针对目前研究通常采用预制动画的形式实现隧洞施工动态可视化仿真的现状和这种方法存在三维模型修改困难、可视化仿真实现过程复杂、且无法进行交互等问题,本文提出了基于计算机图形辅助三维互动式建模软件CATIA的引水隧洞施工动态可视化仿真方法。首先采用参数化设计方法建立引水隧洞施工4D模型,该4D模型不仅能够快速修改引水隧洞模型、实现其施工动态可视化交互仿真,而且该可视化仿真成果也便于修改;其次通过CATIA二次开发实现施工信息的查询;最后结合实际工程进行了应用研究。结果表明该方法不仅提高了引水隧洞施工动态可视化仿真的效率,并且为施工管理人员在施工方案调整的情况下及时了解施工面貌、及时进行有效的决策提供先进的科学技术手段。     

基于内点法的交直流混合系统可用输电能力计算

提出并建立了交直流混合系统可用输电能力优化计算模型,该模型中的混合系统可以包含两端直流系统或多种结构的多端直流系统,模型通用性强。运用非线性原 — 对偶内点法求解模型,在求解过程中,对简约修正矩阵进行行列变换,形成了一种便于存储和编程的数据结构,提高了计算效率。以修改的IEEE 30节点混合系统为算例进行验证,仿真计算表明在换流站进行无功补偿对提高可用输电能力有明显作用,同时也验证了所提出的模型和算法的合理性和有效性。     

基于BP神经网络的水轮机调节系统建模与仿真

采用BP神经网络对水轮机综合特性曲线进行处理,将水轮机非线性特性转换为可用于实时仿真的力矩和流量神经网络,可避免建立水轮机特性变量间复杂的函数关系式。将其应用于水轮机调节系统的大波动过渡过程计算,可使计算更为简洁,且由于曲面是光滑的且导数连续,更容易保证计算过程的收敛。建立的机组非线性模型更贴近实际情况,仿真试验表明应用效果良好。     

基于扩张状态观测器的水轮发电机组非线性控制

提出了一种基于扩张状态观测器的水轮发电机组非线性控制。将被控对象看成是内环为非线性系统、外环为伪线性系统的多输入多输出对象，利用低阶扩张状态观测器对内环非线性系统进行动态反馈线性化，利用线性控制方法对已线性化的外环伪线性系统进行预期动态性能设计，最终可实现观测器和线性化的有机结合。计算机仿真表明：这种控制方法不仅能较好地解决开度控制和励磁控制的协调性，而且对模型的内外扰表现出了很好的适应性和鲁棒性；同时，这种控制方法严谨简单，原理直观清晰。     

基于改进BP网络的轴流式水轮机调节特性仿真

为了获得水力机组在小开度、小流量工况点下非线性特性数据,利用改进BP网络与MATLAB神经网络工具箱相结合的方法,将已知的水轮机综合特性曲线数据与边界约束点相结合,经网络自动"学习"训练可获得低效区的流量延拓、力矩延拓仿真曲面。改进BP网络模型可以大大地提高水轮机综合特性曲线数据处理的效率与精度,是研究水轮机控制系统的一种新的非线性建模仿真模型。     

一洞三机条件下带调压阀的混流式水轮机调节系统过渡过程计算

为编制有关技术标准和推广采用调压阀代替调压井工程措施,开展了水轮机调节系统通用仿真程序的开发：研发了描述水轮机的非线性特性的数据文件;考虑了水击模型对水轮机调节系统过渡过程的影响;计算分析时认真考虑了水轮机调速器主配压阀非线性特性的影响;特别给出了一有压隧洞向三台水轮发电机供水时的水压力数学模型。通过计算证明：水轮发电机组自动启动、空载扰动自动调节、带负荷自动调节、甩负荷自动调节工况下,只要能满足水轮机发电机组稳定运行要求,就可以采用调压阀替代调压井。     

混流式水轮机空化流动模拟中的空化模型对比研究

以某水电厂混流式机组为例,在同样的工况下,采用Schnerr-Sauer空化模型和Z-G-B空化模型对其进行空化流动模拟,并与现场真机试验情况进行对比,从而比较各模型的计算效果。结果表明,水轮机叶片背面进水边、出水边附近的大部分区域、水轮机叶片下半段与下环交界处的空化程度较为严重。此外,Schnerr-Sauer空化模型仅适用于空泡数量比较少的情形,且仿真效果不甚理想;而Z-G-B模型的适用范围较广,且效果较好,因此可以在混流式水轮机空化流动模拟中更多地采用。     

重力场对贯流式水轮机性能的影响预测

以湖南长沙综合枢纽工程水电站灯泡贯流式水轮机为研究对象建立了几何模型,采用SST k-ω湍流模型对全流道进行了数值模拟。通过对加入重力场前后的计算结果进行对比,分析了重力场对预估灯泡贯流式水轮机性能的影响。分析结果表明：当计算目标为效率、出力等水轮机的外特性时,可以忽略重力场造成的影响;当计算目的是为了预测水轮机的空化性能及结构的计算时,则需要考虑重力场产生的影响。     

新型潮汐双向竖井贯流式水轮机能量特性研究

为了研究某潮汐电站开发的新型高效低水头大流量双向竖井贯流式水轮机的能量特性,进行了模型试验与数值模拟计算。在模型试验中测试了水轮机正反两向、不同叶片安放角、不同导叶开度下的水头、流量和扭矩等参数,绘制了水轮机模型综合特性曲线,并与数值模拟结果进行了对比。试验结果表明,水轮机额定工况下,正向效率可达89.68%,反向效率可达84.08%,满足该潮汐电站运行要求;数值模拟结果与试验结果吻合,验证了数值模拟的可靠性,同时通过将换算后的原型试验结果与CFD数值模拟结果进行对比发现,在偏离设计工况点但是保持额定水头不变时,改变导叶开度引起的流量变化比改变叶片安放角引起的流量变化对数值模拟结果的偏差影响略大。     

基于输入-输出修正的水轮机特性曲线精细化模型

目前常用的水轮机特性曲线模型包括线性模型和非线性模型,它们都是根据描述水轮机内外特性的方程或试验数据得到的。然而在建模的过程中,各种误差难以避免,如模型误差、测量误差和读数误差等,可能造成预测值与实际值不相符,影响模型的精度。同时,有关水轮机特性曲线模型修正的文献较少,缺乏行之有效的方法或准则,不利于相关研究成果的实际应用。本文以水轮机神经网络模型为例,提出了基于输入-输出修正的水轮机特性曲线精细化建模方法,并验证了该方法的有效性。首先根据模型综合特性曲线和边界条件,分别建立混流式和轴流式两种机组的非线性特性曲线模型。其次利用粒子群优化算法和二次多项式逼近原理,依次对模型输入和输出参数进行修正,得到最优修正系数。最后整合原始模型和修正部分,得到水轮机特性曲线的精细化模型。试验结果表明该方法能够有效提高模型的仿真精度,对研究真实机组的非线性特性具有重要意义。     

基于自适应模糊PID控制的水轮机调节系统

针对水轮机的大惯性和"水锤"效应,以及水轮机调节系统各环节的时变非线性特性,传统的PID控制很难改善其控制品质,容易产生超调量大、摆动时间长、波动频繁以及调节"迟钝"等现象。为此,在水轮机调节系统中引入了有功功率反馈来取代主接力器位移反馈,同时设计了一个基于模糊控制的变参数PID控制器,利用模糊控制的专家推理能力实现在线调整PID参数,来改善系统控制品质。而且还结合水轮机调节系统变工况和扰动情况,利用模糊逻辑工具箱对自适应模糊PID控制模型进行仿真。结果表明,该系统具有更好的跟随性能,稳态精度高,超调量明显较小,具有较强的自适应性和鲁棒性能。     

模糊自适应PID控制器在水轮机调节系统中的应用

本文针对水轮机调节系统的参数非线性、时变性和模型不确定性设计了一种基于模糊推理的参数自适应PID控制器,并用Matlab对该控制器的稳定性和鲁棒性进行了仿真。仿真结果表明该控制器具有理想的动态和稳态性能,超调量、过渡过程时间等控制性能指标均优于传统PID控制器,能够满足水轮机调节系统对参数控制的要求。