基于BP神经网络的水轮机综合特性建模仿真

针对目前对水轮机特性曲线数据处理方法精度不高,不能真实地反映水力机组在过渡过程的流量特性和力矩特性的问题,利用BP神经网络与Matlab相结合,对水轮机综合特性曲线进行建模仿真。由已知综合特性曲线结合边界控制点经神经网络训练获得低效区的流量延拓、力矩延拓和导叶浆叶协联关系仿真曲面。BP神经网络模型大大提高了水轮机综合特性曲线数据处理效率与精度,是研究水轮机控制系统的一种新的非线性建模仿真模型。     

混流式水轮机神经网络模型非线性仿真

针对水轮机非线性特性难以准确描述及混流式水轮机调节系统(FTGS)非线性仿真复杂性，利用前馈神经网络强大的非线性逼近能力，建立混流式水轮机神经网络模型(FTNNM)。描述流量和效率特性的FTNNM采用Levenberg—Marquardt算法进行离线训练，收敛速度快、模型精度高。训练后的FTNNM作为一个非线性环节和其他模块构成了在MATALAB的SIMUUNK环境下的非线性仿真系统。该系统实现了各种运行工况的非线性仿真，并能快速、准确地得到系统以及混流式水轮机内部各种参数的变化规律。为混流式水轮机调节系统(FTGS)控制策略的研究提供了一个良好的基础。     

混流式水轮机综合特性的Adaboost_LMBP集成神经网络模型

为提高基于模型综合特性曲线的混流式水轮机非线性模型精度,提出了一种适合描述水轮机综合特性的Adaboost _LMBP集成神经网络模型构建方法。该方法首先分别根据混流式水轮机单位力矩、单位流量特性数据,利用Levenberg -Marquardt算法反复训练出若干个BP神经网络弱学习器,然后采用Adaboost增强学习算法对全部BP神经网络弱学习器进行集成,最终构建出水轮机单位力矩、单位流量特性的Adaboost_LMBP集成神经网络模型。计算结果表明,相较于一般的神经网络模型,混流式水轮机综合特性的Adaboost_LMBP集成神经网络模型具有更高的拟合精度,更好的泛化性能,能够有效提升基于模型综合特性曲线的混流式水轮机非线性模型的计算精度。     

轴流转桨式水轮机神经网络建模与非线性仿真

针对水轮机非线性特性难以准确描述及轴流转桨式水轮机调节系统非线性仿真的复杂性，利用前馈神经网络强大的非线性逼近能力，首先建立轴流转桨式水轮机综合特性神经网络模型NZZM，然后建立水轮机飞逸特性神经网络模型，并据此迅速、准确地求得空载开度和空载流量，作为水轮机特性曲线向小开度特性扩展的控制点，进而得到全面描述大开度及小开度下流量特性和效率特性的综合特性神经网络模型NZZM。最后建立了轴流转桨式水轮机协联特性神经网络模型NZZC。NZZC与ZNNM及其他一些计算模块一起构成了轴流转桨式水轮机神经网络模型ZZ587。上述神经网络模型均采用Levenberg-Marquardt算法，进行离线训练，收敛速度快、模型精度高。采用Matlab语言及Simu-link仿真软件，对已建立的ZZ587进行非线性仿真，能快速、准确地得到系统以及轴流转桨式水轮机内部各种参数的变化规律。     

基于GA-BP神经网络的水轮机非线性建模方法研究

建立精确的水轮机模型是水轮机调节系统有效建模仿真的关键。运用基于遗传算法改进反向传播神经网络的GA-BP神经网络对水轮机工作特性进行非线性拟合建模。详细介绍了利用水轮机模型综合特性曲线与飞逸特性曲线获取水轮机流量特性与力矩特性样本数据的方法,并对基本样本数据进行补充延伸。结合BP神经网络与遗传算法两者优点构建了GA-BP神经网络,利用所得样本数据进行训练,获得了基于GA-BP神经网络的水轮机非线性模型,并与传统BP神经网络在水轮机流量特性和力矩特性拟合效果上进行对比试验。仿真结果验证了论文提出方法的可行性和优越性。     

水泵水轮机全特性的集成PSO_BP神经网络模型

为提高抽水蓄能调节系统仿真中水泵水轮机模型精度,提出了一种集成PSO_BP神经网络模型来描述水泵水轮机全特性。首先利用改进Suter变换对水泵水轮机全特性进行处理得到样本数据,然后采用PSO算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,反复训练出若干个PSO_BP神经网络,最后将单个PSO_BP网络作为自适应Boosting集成算法的弱学习器,最终构建出水泵水轮机的集成神经网络模型。计算结果表明,与单个BP网络模型相比,该模型具有更好的拟合精度及泛化性能,为进一步研究抽水蓄能调节系统性能奠定了基础。     

混流式水泵水轮机全特性曲线S形区流动特性

混流式水泵水轮机转轮的离心效应较混流式水轮机明显,形成了全特性曲线上的S形特性。该S形区水泵水轮机流道内流动状况很不稳定,为了详细了解该区域的流动特性,选取等开度下水轮机工况、水轮机飞逸工况、零流量附近水轮机制动工况、零流量附近反水泵工况以及反水泵工况等5个工况点进行全流道定常流和非定常流数值分析。定常流动分析表明:全特性曲线上的S形区转轮和导叶流道内存在大量的涡,消耗了大量的水能,致使机组输出功率很小。非定常流场计算表明:在S形过渡工况区,蜗壳与尾水管直锥段内的压力脉动频率与幅值均相近,且幅值小;而导叶至叶片的无叶区和叶片进口的压力脉动幅值高,主要为高频脉动。     

水泵水轮机水轮机工况转轮流动特性分析

为了揭示某高水头水泵水轮机转轮区域流动特性,选取三个典型水轮机工况,基于N-S方程和SST湍流模型对模型水泵水轮机进行三维全流道非定常数值计算,研究不同水轮机工况下转轮区域的流动特性。结果表明:小流量工况下,转轮流态紊乱,有明显的旋涡,最优工况和大流量工况下,由于流量增大,转轮内流态明显改善,流线均匀顺畅;转轮流道内压力在圆周方向上对称分布,沿着流道方向压力逐渐减小,叶片出口附近存在不同范围的负压区域,由于小流量工况转轮内部水流紊乱使得负压区域较其余工况大;长短叶片靠近上冠处压力脉动呈周期性变化,受动静干涉效应影响,叶片进口处压力脉动剧烈,长短叶片在进出口处脉动变化规律一致,长短叶片进口处脉动频率皆以16倍转频为主,出口处皆以1倍转频为主。以上结论可为高水头水泵水轮机在水轮机工况下的高效运行提供一定的参考。     

水泵水轮机全特性的改进Suter变换方法

水泵水轮机全特性曲线在水轮机飞逸工况区和反水泵工况区出现S型,在水泵工况区存在交叉和重叠现象,这种单位流量和单位转矩的多值性给过渡过程计算带来不便。通过分析Suter变换和改进Suter变换对水泵水轮机全特性曲线的处理效果,提出了一种新的转换关系式,重点消除了WM曲线交叉和分布不均匀等缺陷。在新变换的基础上利用MATLAB软件将变换后的特性曲线表达成三维曲面形式,提出了一种求取水泵水轮机组的转轮边界瞬态参数的新方法,并通过验证说明了该方法的有效性。     

贯流式水轮机低频脉动及尾水管涡带特性研究

为了研究贯流式水轮机内部低频压力脉动特性,针对某电站贯流式水轮机进行了非定常数值计算,分析了不同工况下水轮机内部的压力脉动特性,揭示了贯流式水轮机低频压力脉动产生的机理,并提出了改善低频脉动的方案。研究表明,在额定工况和小流量工况下,水轮机内部的压力脉动主要受到叶片通过频率(5.26 Hz)以及低频脉动(0.20 Hz)的影响,低频脉动的幅值从水轮机进口到出口逐渐增加,且小流量工况的低频压力幅值较额定工况高;不同工况下,水轮机尾水管内均存在一个与转轮旋转方向一致的螺旋状偏心涡带,该涡带按一定周期演变,其对应频率为0.22 Hz,与低频压力脉动频率(0.20 Hz)较为接近,因此可以说明该水轮机内部的低频压力脉动是尾水管涡带引起的;为了减小水轮机低频压力脉动系数幅值,提出了一种在尾水管内增设导流板的方案,该方案能有效降低由尾水管涡带引起的低频压力脉动系数幅值,导流板通过降低尾水管内的涡带能量,达到消涡目的。研究结果可为贯流式水轮机组的稳定运行提供依据。     

水轮机活动导叶泥沙磨损试验研究

为预估新疆某在建的高水头、多泥沙电站水轮机活动导叶的泥沙磨损状况,为水轮机过流部件选材及防护方案的制订提供翔实的数据,借助水轮机CFD的全流场计算结果,提出一种基于流场相似的绕流式的试验方法,研究了水轮机活动导叶的泥沙磨损部位分布规律。根据该电站的过机泥沙及过流部件流场,对相应泥沙含量和过流条件下过流部件两种备选材料(ZG0Cr13Ni4Mo、ZG06Cr13Ni5Mo)进行了试验。通过试验研究获得了该水轮机在典型小流量工况下、一定含沙浓度条件下试件表面的磨损深度,并采用非线性拟合方法率定出两种材料在小流量工况下的磨损率公式。结果表明ZG0Cr13Ni4Mo材料比ZG06Cr13Ni5Mo材料的抗磨性能略优,并通过所得磨损率公式对电站在不同工况下运行两年的活动导叶磨损量进行了预估,为电站水轮机过流部件设计的提供参考。     

BP和RBF神经网络在水轮机非线性特性拟合中的应用比较

利用神经网络对水轮机综合特性曲线进行数据处理和延伸,不必建立具体的函数关系表达式,就可对已知的离散数据进行拟合。并且还可以结合边界约束条件对未知区域内的数据进行预测,从而提高了水轮机综合特性曲线数据处理的工作效率和数据精度。分别介绍了用BP神经网络和RBF神经网络对水轮机综合特性曲线数据处理和延伸的方法。并采用一机组的样本数据进行训练,比较2种方法的训练结果得出结论。     

基于fluent的混流式水轮机稳定性分析

基于水力发电机组增容改造的要求,创建混流式水轮机三维几何模型,并基于CFD方法,对小流量、额定流量和新设计流量三种工况以及相对应的三种导叶开度,进行水轮机全流道数值仿真,结果表明现有机组可以满足新设计流量要求,但是在偏离工况下有脱流现象。     

水泵水轮机泵工况的压力脉动特性

为研究水泵水轮机在水泵工况时不同操作条件下的水力不稳定性,应用计算流体动力学软件Fluent分别对水泵水轮机三维全流道的设计工况、大流量工况和小流量工况进行非定常计算,同时监测了蜗壳进口、转轮与活动导叶之间、转轮与顶盖之间以及尾水管处的压力脉动.结果表明:水泵水轮机在水泵工况下压力脉动幅值最大的位置位于转轮与活动导叶之间的无叶区,转轮与顶盖之间的压力脉动次之,而蜗壳和尾水管处的压力脉动则比较小;在设计工况下压力脉动幅值最小,并且越偏离最优工况压力脉动的幅值越大;位置不同,影响水力稳定性的主频也不相同,转轮与活动导叶之间压力脉动的主频为叶片通过频率,转轮与顶盖之间的压力脉动的主频为转频的倍数,尾水管处压力脉动同时受叶片通过频率和低频的影响,而蜗壳进口处的压力脉动则主要受低频影响.     

长短叶片混流式水轮机转轮内部流场数值模拟研究

多泥沙河流运行的水轮机的泥沙磨损一般都很严重,尤其是高水头混流式水轮机。本研究对一多泥沙河流上的高水头长短叶片混流式水轮机的内部流动特性进行了数值预测。数值结果表明,小流量和设计工况下,水轮机流场及压力分布均较为平稳,泥沙浓度最高区域位于叶片头部及出口靠近下环处,泥沙速度最高区域位于长叶片背面,设计工况下转轮长短叶片表面泥沙速度明显高于小流量工况。根据转轮叶片表面的泥沙浓度分布和流动特性情况,可以进一步预测水轮机转轮叶片的磨损情况,为多泥沙河流电站水轮机泥沙磨损研究提供参考依据。     

基于Labwindows/CVI的水轮机选型计算软件设计

介绍一种基于Labwindows/CVI的混流式水轮机选型计算软件。建立了包括水轮机型谱、模型综合特性曲线、设计资料和已建电站数据在内的较为详细的数据库。软件利用电站原始数据自动选择水轮机模型,计算转轮直径、额定转速、吸出高度等参数,再利用样条插值方法,从水轮机模型综合特性曲线上读取额定工况点的单位转速和单位流量,计算额定工况下的流量、出力等参数,最终绘制水轮机运转综合特性曲线。实例验证表明:设计开发的水轮机选型计算软件能够提高水电站水力机械设计工作质量与效率,优化工程设计,并达到自动统计电站数据目的。     

水泵水轮机全特性曲线的改进Suter变换

水泵水轮机的全特性曲线在水泵工况和反水泵区表现出"S"型特征,曲线存在交叉和重叠现象,这种流量和转矩的多值性会给过渡过程分析带来不便.采用改进的Suter曲线变换方法,将水泵水轮机在四象限内的全特性曲线转换为2组周期性变化的曲线,即WH(x,y)线和WM(x,y)线;在保持原有数据曲线特性不变的基础上,对水泵水轮机的全特性曲线进行了变换处理,然后采用最小二乘曲面拟合数学模型对变换后得到的WH曲线和WM曲线进行曲面拟合,得到了2组曲线的三维曲面拟合图.变换后的WH曲线和WM曲线平滑光顺,成为2组近似平行的曲线,消除了Suter转换曲线的分布不均匀和插值多值性等缺陷,从而消除了水泵水轮机全特性曲线在水泵和反水泵区的交叉和重叠现象以及曲线两端的分布不均匀现象,为水泵水轮机的过渡过程分析提供了方便.     

复杂管系水轮机调节系统非线性建模与分析

为了深入揭示水轮机调节系统的非线性本质,研究了非线性水轮机调节系统的建模及动力学问题.在引水系统为复杂管道情况下,考虑水轮机调节系统中传递系数随运行工况变化而呈现的非线性,引入水轮机非线性传递系数,建立了复杂引水管系时的水轮机调节系统非线性数学模型.使用直接代数判据进行理论分析,得到了系统Hopf分支临界点组成的曲线.理论分析表明：水轮机调节系统响应在曲线的一侧区域内是稳定的,在另一侧是不稳定的.通过数值模拟,分析了Hopf分叉点两侧水轮机调节系统稳定性的变化情况,验证了理论分析结果的正确性,得到了使水轮机调节系统处在稳定区域内的调速器PID参数的范围.通过分岔图、Poincare映射图、功率谱图、时域图、相轨迹图、频谱图等,综合分析了随水轮机调节系统参数变化时,系统非线性动力学行为特性.该分析方法与结果,可为水电站系统的安全稳定运行提供理论依据.     

涉及临界工况点的贯流泵装置外特性与压力脉动试验

为了揭示贯流泵装置正转全特性分区中各种临界工况点的外特性和压力脉动特性,以某比转数1 179的灯泡贯流泵装置为研究对象,对该泵装置进行了涉及临界工况点的外特性及压力脉动试验。试验采集了共64个流量工况点的外特性参数和压力波动,着重分析了灯泡贯流泵装置正转全特性分区中各种临界工况点的外特性和压力脉动特性。试验结果表明,关死点为逆流制动工况与常规泵工况的分界点,泵装置靠近关死点处的扬程为6.41 m,为设计点扬程的3.27倍,轴功率为15.39 kW,为设计点功率的2.67倍。叶轮进口的无量纲压力脉动峰峰值为1.26,叶轮中部为0.99,叶轮出口为0.84,导叶出口为0.23,分别为设计点的2.3、2.8、4.9、23倍。零扬程点为常规泵工况与正流制动工况的分界点,近零扬程点处的流量为设计点流量的1.42倍,轴功率为2.41 kW,为设计点功率的0.42倍。叶轮进口的无量纲压力脉动峰峰值为0.21,叶轮中部为0.21,叶轮出口为0.15,导叶出口为0.01,分别为设计点的0.38、0.6、0.88、1倍。零扭矩点为正流制动工况与水轮机工况的分界点,近零扭矩点处的流量为设计点流量的1.63倍...     

混流式水泵水轮机驼峰区压力脉动特性

为了研究混流式水泵水轮机在峰区内部流动的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站模型水泵水轮机为研究对象,对模型机组进行了全流道非定常数值计算.结合试验数据,分析了泵工况下驼峰区流道内不同位置处压力脉动特征和流态特征,讨论了流量变化对机组压力脉动特性的影响.结果表明:驼峰区工况下,蜗壳出口的压力脉动主要受到其内部流动特性的影响,同时受到上游双列叶栅作用的影响,在驼峰区极小值工况点处其压力时域变化周期性被扰动;导叶后转轮前的压力脉动主频为低频,第2主频为9倍转频和18倍转频,压力脉动幅值随着流量减小而增大;锥管内压力脉动都属于低频压力脉动,在驼峰区极小值工况点处,锥管上游压力脉动受下游转轮-尾水管动静干涉作用影响较大,出现了高频成份的压力脉动.