基于ANN的抽水蓄能电站建模与过渡过程优化

对大型带长引水管道的抽水蓄能电站机组调节系统进行了建模与过渡过程调节参数优化的研究.依据某抽水蓄能电站的具体参数,利用Matlab/Simulink对其机组调节系统建模,其中长引水管道系统采用弹性水击模型以较准确地反映较长压力管道内的水力振动特性,然后利用BP和RBF神经网络训练水泵水轮机特性参数,以获取较精确的水轮机模型,从而避免用插值法处理密集、交叉现象严重的水泵水轮机“S”特性曲线带来的误差.基于所建立的仿真模型,引入改进正交试验法对其空载频率扰动、负荷扰动及甩负荷过渡过程进行调节参数优化.结果表明,所建立的调节系统仿真模型可以在一定程度上反映机组的实际特性,并且改进正交试验法在机组调节系统过渡过程仿真试验参数优化中取得了很好的效果.本研究对大型抽水蓄能机组调节系统建模仿真具有一定的指导意义,为实际运行中机组过渡过程优化控制提供了理论依据和技术参考.     

尾水调压室位置对抽水蓄能电站过渡过程的影响

尾水调压室位置的选择与优化是电站设计中影响调节保证计算的重要因素。基于特征线法针对调压室不同的位置分别建立了某抽水蓄能电站的输水系统和水轮机调节系统的水力-机械数值仿真模型,对由于位置变化带来的机组过渡过程进行敏感性分析。仿真结果表明:当尾水调压室位于岔管之前时,由于布置位置更靠近机组且每条支管都直接与调压室相连,对于相继甩负荷工况下尾水管真空度有较为明显的改善作用;不同大小的阻抗孔面积对于过渡过程计算也有相应的影响。通过调压室位置选择为机组过渡过程中尾水管真空度优化提供了研究思路和依据。     

可变速抽蓄机组运行转速对甩负荷过渡过程的影响

为了分析可变速抽水蓄能机组初始运行转速对甩负荷过渡过程调节保证参数的影响,针对可变速抽水蓄能机组的运行特点,基于一维瞬变流理论特征线法,建立了可变速抽水蓄能电站初始运行转速计算及过渡过程仿真模型,结合工程算例,分析了不同水头运行条件下机组运行转速对发电效率的影响,研究了可变速抽水蓄能机组起始运行转速变化对事故甩负荷工况水锤升压和转速上升率的影响,并解释了其原因.结果表明:可变速抽水蓄能机组在高水头和额定水头下额定出力运行时,随着初始运行转速的减小,事故甩负荷后转速最大上升率增大,水锤升压增大.其原因在于可变速抽水蓄能机组初始转速的改变造成甩负荷过程中力矩和流量变化率发生变化.研究成果可为类似工程的运行转速选取和甩负荷过渡过程调保参数优化提供参考.     

调速器参数对水电站水力干扰过渡过程的影响

水力干扰是一洞多机水电站运行中存在的一种特殊工况,是水电站调节保证计算的重要内容。运用特征线法建立分岔管模型,引入三阶发电机模型,励磁模型及负载模型,建立了完整的水机电联合仿真模型。在此基础上,研究了机组调速器参数对水电站机组水力干扰过渡过程的影响,结果表明:机组并无穷大电网,采用功率调节相比频率调节出力波动幅值较小,但调速器参数对水力干扰过渡过程的影响较小;机组并孤立电网,调速器参数水力干扰过渡过程的影响较大,其中调速器暂态转差系数的影响最为显著。采用多目标粒子群(MOPSO)算法在孤立电网条件下对水电站调速器参数进行了优化,显著改善了电站的水力干扰过渡过程,为一洞多机布置形式电站的调速器参数整定提供了一种可行的方法。     

基于MATLAB的水力机组过渡过程计算软件开发与应用

当前水力机组过渡过程计算软件针对某一特定类型电站进行开发,灵活性不够,可视化不足。为此开发了基于MATLAB的水力机组过渡过程计算软件,该软件可以对水电站进行全模型仿真,模型添加修改方便,能根据不同电站的实际情况进行组态,且具有大波动、小波动、水力干扰、组合工况过渡过程等水力计算功能,适用于不同类型机组电站的过渡过程计算。实例分析表明,计算结果与实际电站试验结果基本吻合,为选择合适的导叶关闭规律以及合适的PID调节参数提供了有效依据。     

基于Petri网的泵站机组维修过程建模方法

Petri网模型具有高效的建模和系统分析能力,在虚拟维修作业仿真系统中采用Petri网模型,可为泵站机组轴流泵的可拆卸性、过程行为、综合维修性分析和评估等提供支撑,提升了整个维修作业仿真效率和准确性,对整个水利装备维修性设计具有重要的应用价值。     

多能互补发电系统的抽水蓄能机组启动过程

在以抽水蓄能为蓄能装置的多能互补发电系统中,抽水蓄能机组采用可逆式水泵水轮机机组.研究了机组在水轮机工况下和水泵工况下的启动过程特性对多能互补发电系统运行性能的影响,根据抽水蓄能过渡过程特性及可逆式水泵水轮机机组性能,建立了多能互补发电系统中抽水蓄能启动过程的数学模型.在水轮机工况下,其启动过程分为3个状态(0状态、空载状态、启动结束状态)、2个时段(从0状态到空载状态、从空载状态到启动结束状态);在水泵工况下,以关死功率为界限,分析了机组特性.由分析可知:抽水蓄能机组在水轮机工况下的空载开度及其所对应的流量可根据其飞逸特性曲线或水头特性曲线求取.在水泵工况下,当净负荷小于关死功率时机组不运行;当机组启动结束时,无论在何种工况下,如果净负荷值大于或等于额定功率,则机组均运行在额定工况下;如果净负荷值小于额定功率,则机组输出功率为净负荷值.     

基于MATLAB/Simulink的潜水贯流泵站起动过渡过程仿真分析

为了揭示泵站起动过渡过程中重要参数如转速、流量、扬程等随时间变化关系,从潜水贯流泵机组系统整体出发,运用电机学、刚体动力学、流体动力学及水力机械特性理论,建立了大型潜水贯流泵机组结合快速闸门起动过渡过程的数学模型,利用MATLAB/Simulink构建整个系统的仿真模型,并针对某大型潜水贯流泵站进行仿真计算,研究了不同快速闸门起升速度对泵机组稳定性的影响。结果表明,系统仿真模型正确可行,且适当提高快速闸门起升速度有利于泵机组的稳定与安全。     

抽水蓄能电站机组数字化检修吊装作业推演技术研究

抽水蓄能机组结构与检修过程复杂,结合数字化技术,搭建抽水蓄能机组数字化检修作业平台,实现机组吊装推演,是检修智能化领域研究热点。提出数字化吊装推演技术,以作业过程数字化、风险预警可视化手段预演机组吊装作业方案,通过三维数字化模型融合设备多源数据,生成二三维吊装推演服务和空间数据分析服务,搭建机组数字化检修吊装作业推演平台,实现吊装作业仿真,二三维场景联动和风险辨识,使得吊装作业过程具备可追溯性和风险可预见性,辅助决策最优作业方案,提升抽水蓄能机组检修吊装作业质效,具有较好的工程应用价值。     

FSC赛车建模与驾驶模拟器仿真研究

针对FSC赛车开发过程中的操纵稳定性分析,应用CarSim软件对赛车建模与仿真分析,基于驾驶模拟器进行主观评价。在CarSim中建立转向系统模型、制动系统模型和悬架系统模型,采用3D软件绘制三维车身、尾翼和发动机模型,导入到CarSim中实现整车动画仿真。在CarSim中按照比赛要求设置蛇形试验工况进行FSC赛车操纵稳定性仿真分析。根据FSC比赛规则,在CarSim中设计虚拟赛场,选取赛车手在驾驶模拟器上进行主观评价。仿真结果表明:开发的FSC赛车具有良好的操纵稳定性。     

基于随机载荷功率谱的电动拖拉机复合能量系统研究

拖拉机重载作业模式下负载峰值功率和高频功率存在较大随机性,单一电源方案无法有效匹配电动拖拉机负载特性。通过分析拖拉机工况负载势变量功率谱密度和电源放电特性,基于电动拖拉机通过主、辅电源对低、高频功率分流的观点,设计了采用DC-DC转换器并联超级电容器的18.5 k W电动拖拉机复合电源方案,计算了系统参数。以平衡峰值功率和高频载荷控制超级电容器功率流方向为目标,设计了基于逻辑门的双DC-DC模式控制策略。根据负载时频分析需求,构建了基于Haar小波的双通道滤波器组,设计了功率分配控制器。以标准正态分布白噪声为基波,构造拖拉机犁耕、旋耕载荷波动间的互谱函数,建立了负载模拟模块。采用CRUISE/Simulink API动态联合仿真得出:基于功率分配控制的能量管理策略能够将动力电池电功率抑制在载荷波动基频附近,犁耕作业和旋耕作业下其电功率的截止频率分别为2、7 Hz,幅值符合正偏态分布;超级电容器平衡高频载荷,其电功率符合标准正态分布。     

多能互补发电系统抽水蓄能模型及运行策略

根据多能互补发电系统的特点和作用,建立了系统中抽水蓄能的数学模型,提出了系统中抽水蓄能的运行策略,即按给定负荷运行,具体在本系统中即为按系统净负荷运行．由此提出系统中抽水蓄能的控制方式.当系统净负荷大于0时,抽水蓄能机组运行在水轮机工况,分3种情况:当系统净负荷小于水轮机工况的启动功率时,抽水蓄能机组不运行;当系统净负荷大于水轮机工况的启动功率而小于水轮机工况的额定功率时,抽水蓄能机组按净负荷功率运行在水轮机工况;当系统净负荷小于水轮机的额定功率时,抽水蓄能机组按水轮机工况的额定功率运行．当系统净负荷小于0时,抽水蓄能机组运行在水泵工况,分2种情况:当系统净负荷小于水泵工况的额定功率时,抽水蓄能机组不运行;当系统净负荷大于水泵工况的额定功率时,抽水蓄能机组按水泵工况的额定功率运行．     

玉米收获机低损脱粒智能控制系统半实物仿真平台设计

针对玉米籽粒收获机低损脱粒智能控制系统开发受场地和季节影响较大的问题,设计了一套低损脱粒智能控制系统半实物仿真平台。该仿真平台由仿真平台控制器、操作面板、演示面板、扶手箱、显示器和上位机组成。分析了玉米籽粒收获机低损脱粒智能控制系统的组成和收获控制器的测试需求,建立了玉米籽粒收获机关键作业参数调节过程的数学模型,基于STM32F407型单片机搭建了硬件在环仿真测试系统,并完成了试验台设计。进行了仿真平台和玉米籽粒收获机在空载条件下的作业参数调节开环对照试验,其中,滚筒转速仿真误差的数学期望为0.126r/min,标准差为0.776r/min;作业速度仿真误差的数学期望为-0.022km/h,标准差为0.094km/h;凹板间隙仿真误差的数学期望为0.041mm,标准差为0.147mm,验证了仿真平台对执行机构调节过程模拟的有效性。进行了信号模拟测试和收获控制器自动控制策略仿真测试,结果证明了仿真平台可用于玉米籽粒收获机智能控制系统的开发和控制策略的测试,提高了系统开发效率,缩短了开发周期。     

电动拖拉机双电机耦合驱动系统传动特性研究

针对单电机驱动型式的电动拖拉机难以满足农田作业多工况的问题,提出了一种基于行星齿轮耦合的双电机驱动系统。根据电动拖拉机动力传动系统的结构方案,按多种作业类型对双电机耦合驱动系统的驱动模式进行分析。采用试验数据模型和理论模型相结合的方法,建立电动拖拉机驱动系统关键部件效率模型和整机纵向动力学模型,在此基础上搭建了电动拖拉机控制仿真试验模型。针对不同驱动模式设计了驱动系统综合控制策略,通过仿真试验得到两电机的功率分配规则。在搭建的传动性能试验平台上对双电机耦合驱动系统进行恒定负载试验和牵引性能试验。试验结果表明,两种试验条件下,主、副电机的功率分配比变化范围为1. 07～2. 73,恒定负载试验中,功率分配比为1. 88时系统效率最高,牵引性能试验时,功率分配比为1. 86时系统效率最高。双电机驱动系统能够跟随负载变化按照功率分配规则实现两电机的功率分配,满足作业负载的同时降低了功率损耗。     

不同旋耕作业载荷下拖拉机动力输出传动系振动特性分析

为研究拖拉机旋耕作业载荷对动力输出传动系振动特性的影响,采用系统动力学建模、台架试验验证、田间试验与仿真分析相结合的方法加以分析。首先,在分析动力输出传动系结构的基础上,建立了描述其载荷传递机理的扭振耦合空间动力学模型,此模型详细考虑了横向和垂向的齿轮啮合传递效应。其次,利用拖拉机PTO加载试验台对模型的仿真结果进行试验验证,验证结果表明：横向和垂向的啮合频率误差最大分别为4.24%和5.12%,满足建模要求。然后,搭建了由无线扭矩传感器、北斗定位系统等组成的作业数据采集系统,分别采集了拖拉机在L1（2.07km/h）、L2（3.10km/h）、L3（5.29km/h）常用挡位下的田间旋耕作业数据,田间试验结果表明：旋耕作业的载荷水平和波动范围均随着作业挡位、行驶速度的升高而增大。最后,利用所建立的动力学模型仿真分析了不同作业挡位PTO负荷对齿轮传递特性的影响,结果表明：拖拉机旋耕作业挡位越高,由PTO载荷波动所引起的传动系振动位移越大,而且主要体现在横向振动。     

V/F控制模式下恒压泵动力源特性研究

为使液压动力源在负载多变条件下降低能耗提高效率,实现灵活多变的输出流量、压力和功率控制,提出采用变频V/F控制模式下,控制三相异步电机,驱动恒压泵作为液压动力源,实现压力、流量和功率复合控制的高能效电液动力源。针对变频启动慢的问题,在主回路上并联可控蓄能器,采用蓄能器辅助启动。确立了恒压泵、变频器、电机各部分的计算模型以及AMESim软件下的仿真模型和试验原理。进行了动力源压力恒压特性仿真与试验,结果表明恒压仿真模型较准确。P-Q试验表明,利用先导压力阀控制压力动态响应时间不超0.2s,超调不高于15%;流量动态特性差,利用蓄能器辅助启动,带载80MPa转速达到1500r/min,启动时间不超0.2s。功率试验结果表明,高压小流量和非工作周期压力卸荷工况,电机转速由1500r/min降至450r/min,电机功率分别降低70.3%和64.8%;恒压模式下大排量、低转速可以使该试验系统能耗降低约3.8kW。     

基于双向DC/DC变换器的无刷直流电机调速系统仿真

在分析电动汽车电源系统和无刷直流电机数学模型的基础上,提出一种基于双向DC/DC变换器的无刷直流电机调速系统。阐述了该系统中隔离型双向全桥DC/DC变换器工作原理,并利用Simulink和电气系统模块库相结合,采用模块化的方法,对该调速系统进行了建模和仿真。仿真结果表明,该系统具有良好的调速性能。     

植保机械喷杆位置控制器设计

面向植保机械喷杆位置调节作业的需要,选取电液伺服系统作为其调节装置,提出一种基于模糊控制的控制方法。首先,将电液伺服系统中的未知项、非线性项等进行完整的数学建模;然后,以输出量与给定量的误差及其变化率作为模糊控制器的输入信号,伺服阀的控制电流为输出信号,建立模糊控制系统,实现了对电液伺服系统中不确定项与非线性项的控制;最后,搭建Mat Lab仿真平台进行仿真,同时作为对比设计了PID算法。结果表明:所设计的模糊控制器具有良好的跟踪性能,对系统的不确定性和振动具有良好的控制效果。