基于Matlab/Simulink的水轮机调节仿真研究

针对物理模型建造、参数改变困难的情况,在Matlab/Simulink工具箱下建立了水轮机调节系统仿真模型。考虑到水轮机特性的非线性和引水管道长的特点,水轮机模型采用了非线性模型、引水系统采用了弹性水击模型,仿真计算结果与实测结果吻合得很好。通过仿真模拟各种工况下水轮机的运行,有助于了解水轮机调节系统实际运行中的变化情况。对Simulink下的水轮机调节系统的数学模型、仿真实验结果与实测值的对比分析作了简要介绍。     

水轮机调节系统自适应滑模控制策略

水轮机系统惯性参数是影响水轮机调节系统动态特性的重要参数，传统控制方法大都是基于水轮机及其引水系统近似简化模型，很难改善水轮机调节系统动态特性。应用径向基函数神经网络逼近水轮机及其引水系统非线性特性，利用李雅普诺夫稳定性理论设计并证明水轮机系统惯性参数自适应估计律，设计了一种基于水轮机系统非线性特性和惯性参数估计的滑模鲁棒控制器，并完成仿真实验。仿真结果表明，该滑模鲁棒控制水轮机调节系统具有较高的跟踪精度、控制器输出抖振较小等优点，为水轮机调节系统高精度转速跟踪提供有效参考。     

不同工况下水轮机调节系统动态特性分析

为了更加全面地了解和掌握水轮机调速系统的组成结构和不同工况下的特性,在大量研究理想条件下水轮机调节系统建模与仿真结果的基础上,对水轮机调节系统进行线性和非线性建模,并运用matlab/simulink对水轮机调节系统的线性和非线性动态特性进行仿真研究,从而得到了线性条件下空载频率波动和功率扰动波动响应曲线以及非线性环节的系统响应,并对这2种条件下的转速和接力器行程曲线进行了对比分析。分析结果表明,在小波动情况下适合运用线性模型,在大波动情况下适合运用非线性模型,而且这2种情况下得到的结果相差无几,均能反映同一系统的动态过程。该结论将有助于水轮机调节系统在不同工况下的控制。     

基于非线性建模的水电机组动态特性仿真研究

考虑到大型机组突增突减负荷的频繁出现以及新能源不稳定性对水电机组一次调频带来的挑战,建立能准确反映机组动态性能的仿真模型显得尤为重要。水轮机调节系统具有非最小相位、强非线性特点,需对其包含的大量非线性因素进行针对性研究和处理。针对水轮机调节系统各组成部分,综合考虑各因素建立了相应数学模型,重点建立了随动系统精细化模型、水轮机外特性数学模型,最终建立了水轮机调节系统整体非线性数学模型。基于建立的模型,进行甩负荷及一次调频仿真,通过与真机数据进行对比分析,证明了模型可高精度、准确反映机组甩负荷及一次调频动态特性,为水电机组动态特性研究提供了新的技术手段。     

孤网模式下水轮机调速系统广义预测控制应用方法

针对孤网模式下水电机组PID控制策略鲁棒性差的缺点,提出基于双模型、实时反馈线性化、非线性特性补偿器和广义预测控制器的自适应广义预测控制策略(Adaptive Generalized Predictive Control,AGPC),以实现对水电站全工况实时最优控制。首先基于BP神经网络和改进樽海鞘算法构建高精度非线性水轮机模型,并结合PID控制器、引水系统、随动系统、发电机等模块搭建非线性水轮机调节系统仿真平台,然后通过定量计算揭示广义预测控制器直接应用于非线性水轮机调节系统的不合理性。进一步,结合实时反馈线性化和基于预估控制信号设计的水轮机非线性特性补偿器,提出孤网模式下广义预测控制器在水电站应用策略。最后,搭建了基于AGPC的非线性水轮机调节系统仿真平台,并以某电站真实数据验证了所提控制策略适用性、可靠性以及优良的鲁棒性。     

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Simulink的水轮机调节系统通用仿真程序的研发

基于Simulin开发了水轮机调节系统通用仿真程序,该程序用特征矩阵描叙水轮机非线性特性;提出了各种类型的水击数学模型;配合水轮机PID调速器开展水轮机自动调节系统动态特性仿真计算研究:自动开机、空载扰动、增负荷调节及甩负荷控制等。     

基于遗传算法与支持向量回归的水轮机综合特性建模研究

针对水轮机复杂的非线性特性以及水轮机调节系统仿真与分析所需的水轮机流量与力矩特性难以准确描述的情况,介绍了基于遗传算法参数寻优的支持向量回归水轮机综合特性建模。由已知的综合特性曲线、飞逸特性曲线得到离散数据,向导叶小开度区和低转速区数据进行合理延拓;利用具有很强全局优化搜索能力的遗传算法寻找支持向量回归(SVR)模型的最优参数,训练获得流量和力矩特性的SVR模型。仿真结果表明,与传统的BP神经网络模型比较,所提出基于遗传算法参数寻优的支持向量回归模型具有更高的精确度。     

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。     

基于Matlab/Simulink的一种改进水轮机模型仿真研究

水轮机调节系统模型的仿真有助于了解水电机组在运行过程中受到负荷扰动后,水轮机调节系统的调节过程。本文基于现有的水轮机模型提出了一种考虑到效率对水轮机影响的新水轮机模型,并结合调速器模型、压力引水系统模型以及发电机模型在Matlab/Simulink软件环境下建立水轮机调节系统进行仿真试验。     

具有长引水系统的转桨式水轮机过渡过程计算

在水电站设计中,以新型调压阀及其控制系统替代传统调压井具有显著经济效益。基于自行研制的带调压阀的水轮机调速器实时仿真系统和包含水轮机、发电机、引水系统、水轮机调速器等环节在内的水轮机调节系统过渡过程计算软件,采用水轮机流量、力矩特性矩阵法表征水轮机动态特性,建立了刚性水击条件下一洞多机输水系统的数学模型;对带有主配压阀非线性特性的PID调速器,建立了带调压阀的转桨式水轮机调节系统数学模型。研究表明：通过计算只要保证水轮发电机组启动、空载扰动、带负荷、甩负荷自动调节工况下,水轮机调节系统过渡过程满足稳定运行要求,水电站就可以采用调压阀而不设调压井。最后,计算了某具有长引水系统的转浆式水轮机过渡过程,该电站水流惯性时间常数高达27 s,装有2台转桨水轮机、1台定桨式水轮机。计算结果表明,以调压阀代替调压井后,该水轮机调节系统稳定,满足调节保证要求。     

Evaluating the Performance of Agricultural Water Distribution Systems Using FIS,ANN and ANFIS Intelligent Models

Increasing water use efficiency in the agricultural sector requires the use of appropriate methods for intelligent performance evaluation of surface water distribution systems in agriculture. Therefore, in this study a systematic approach was developed for operational performance appraisal of the agricultural water distribution systems. For this purpose, Fuzzy Inference System (FIS), Artificial Neural Network (ANN), and Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) were used to evaluate the technical performance of irrigation network, considering the uncertainties in the water exploitation process. The performance of the developed models was studied on the Roodasht irrigation canal, located in central Iran, which suffers from severe fluctuations in the inflow, by evaluating the adequacy, efficiency, and equity of surface water distribution. Hydraulic simulation of water distribution system, as well as providing the information required for training and validation of the intelligent models, were performed using the HEC-RAS model. The results showed that compared to the FIS model, ANN and ANFIS models similarly predicted the model outputs with lower errors at almost the same level. The adequacy, efficiency, and equity indicators were predicted by ANFIS model with MAPE of 0.16, 0.01 and 0.23, respectively. Also, FIS model was only able to predict the efficiency and could not predict the adequacy and equity with appropriate performance. The findings of this study reveal that since the ANFIS model uses both FIS and ANN models in its structure, it considers the model uncertainty reliably, and it can be used to evaluate the performance of agricultural water systems.

     

混凝土坝强震观测资料的ARX模型分析

针对目前强震观测资料分析存在结构安全情况判估受计算模型和参数影响大的问题,通过建立强震资料时变参数自回归递推ARX模型,利用ARX模型参数反映结构系统动力特性变化的特点,提出了直接利用强震资料快速评估混凝土坝震后结构状态的方法,并采用遗忘因子提高模型效率。实例仿真结果表明,ARX模型时变参数能反映混凝土坝结构状态的变化,所提出的评价方法是有效、可行的,可作为DL/T 5416—2009《水工建筑物强震动安全监测技术规范》中方法的补充。     

On the hydrodynamics of hydraulic machinery and flow control

Hydraulic machinery mainly includes turbine and pump, which is closely related to national economy and people's livelihood involving aerospace industry, marine engineering, hydropower engineering, petroleum industry, chemical industry, mining industry, biomedical engineering, environmental engineering, agricultural water-soil engineering, etc.. The internal flow of hydraulic machinery is extremely complex, and its characteristics can be summarized as high Reynolds number, multi-scales, inhomogeneous and vortex-dominant unsteady turbulence which interact with the rotating dynamic boundary(rotor blade). Based on the analysis of the internal flow characteristics of hydraulic machinery, the author and his research team successively proposed a rotation correction model, a curvature corrected filter-based model, a scalable detached eddy simulation method, and a non-linear hybrid RANS/LES turbulence model to capture unsteady flow structures and then predict hydraulic performance and dynamic characteristics more accurately. According to the analysis on the internal flow, the corresponding flow control measures were put forward. It was verified by experiments that these methods could significantly improve the hydraulic performance, anti-cavitation performance and dynamic characteristics(pressure pulsation and vibration) of hydraulic machinery in a certain range of operating conditions. In addition, the mechanism how flow control measures influence internal flow was analyzed in depth, aiming at finding a feasible and effective way to improve hydraulic performance, anti-cavitation performance and dynamic characteristics of hydraulic machinery.     

水力自动滚筒闸门振动特性的数值模拟及试验研究

水力自动滚筒闸门在泥沙淤积的情况下开启自如,可有效利用洪水资源。为将这一构想应用于实践工程,本文在模型试验和理论分析的基础上,结合数值模拟,研究了水力自动滚筒闸门在动水压力作用下的振动特性分布规律。对试验中不同种类运行工况下圆筒闸体振动加速度、振动频率、振动位移等振动特性进行研究与分析。利用ANSYS力学分析软件对横置圆筒闸体进行三维建模。考虑振动等动力学特性,采用双向耦合分析以解决振动与大变形问题,采用有限单元法对瞬态控制方程进行离散。比较振动位移的模拟计算结果与试验所测定结果,其变化趋势基本吻合,均当圆筒顶部在水面线附近时简体的振动位移达到最大。筒体在动水压力作用下的最大位移主要发生在沿水流方向的筒顶位置,需要在运行中加以注意。上述结论对于研究、设计直至具体制造应用这一新型自控闸门提供了重要的理论与试验依据。     

Application of Expert and Decision Support Systems for Optimizing Water Supply in the Jordan Valley

Abstract

Expert System (ES) and Decision Support System (DSS) are becoming essential tools that support decision makers, professionals, and managers in their efforts to operate, control, and develop decisions on a sound and integrated basis. Applications of ES and DSS are not limited to a certain sector or field, but are typically used in sectors that involve management and planning. The purpose of this paper is to elaborate on the application of these systems in Jordan and specifically in managing and operating the water demand and supply of the main water carrier in the Jordan Valley, the King Abdullah Canal (KAC). This canal extends from the upper part of the valley at Adasiya down to the Dead Sea with a total length of 110 km connecting one of the most complicated irrigation and conveyance systems in the region. At present, the Jordan Valley Authority (JVA), which is responsible for all the activities in the Jordan Valley, is operating and managing the water of KAC using the JVA Water Management Information System (WMIS) and JVA Hydraulic Model. After five years of implementing this management system, there was enough information to analyze and evaluate it as well as to determine the areas of shortcomings. This paper focuses on analyzing these results and providing the necessary recommendations. These recommendations are in the form of software and hardware that will improve using both the Expert System and Knowledge Base System and make it a successful model of water optimization for the country and region.     

预应力钢骨超高强混凝土梁抗弯性能非线性分析

为全面了解预应力钢骨超高强混凝土梁的受力性能,采用ANSYS对预应力钢骨超高强混凝土梁在静力荷载作用下的抗弯受力过程进行数值模拟分析,并与试验结果进行比较。结果表明,该模型所得的开裂荷载、极限荷载、钢筋屈服荷载以及荷载位移曲线与试验结果接近,验证了有限元模型的正确性。模型为预应力钢骨混凝土结构的非线性分析提供了一种较为准确的数值模拟方法。     

新安江模型参数线性化率定研究

包为民教授提出了非线性函数参数的线性化率定方法,解决了以误差平方和为目标函数求解非线性函数参数增加不相关的局部优值问题。为此,研究将参数线性化率定方法应用于新安江模型,并通过理想流域和实际流域验证了该方法的合理性和高效性。选取湖北乌溪沟流域43场洪水对次洪8个敏感参数同时进行线性化率定,各参数取不同的初始值均可以较快地收敛到稳定的最优值。31场洪水参与模拟,全部合格;12场洪水参与检验,全部合格。次洪模拟的合格率达到100%,确定性系数为0.923,预报等级为甲级。     

基于S-函数改进电导法的光伏阵列最大功率点的跟踪

光伏阵列最大功率点的控制策略是光伏递变器研究的重点之一,文章在深入研究传统电导增量法工作原理的基础上,提出一种基于S-函数的恒电压启动的变步长电导增量法来实现最大功率点跟踪,并在MATLAB/Simulink环境下搭建了光伏阵列的仿真模型,通过对比仿真结果可以证明,改进的电导增量法能够准确地反映出光伏阵列输出电压和电流的非线性特性,并且能快速高效地跟踪最大功率点。     

基于灰色广义回归神经网络的工业废水排放量预测

将GM(1,1)预测模型与广义回归神经网络结合起来,构建了一种新型串联灰色神经网络预测方法,有效地将灰色系统的贫乏数据建模和神经网络特有的非线性适应性信息处理能力相融合,充分提取历史数据及相关因素数据包含的信息,建立精度较高的预测模型。通过对工业废水排放量实例预测,结果表明该方法是有效可行的。