基于改进内特性并与外特性相融合的水轮机建模方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106874635A(43)申请公布日2017.06.20(21)申请号201710236094.6(22)申请日2017.04.12(71)申请人西安理工大学地址710048陕西省西安市金花南路5号(72)发明人南海鹏门闯社罗兴琦(74)专利代理机构西安弘理专利事务所61214代理人成丹(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书4页说明书11页附图7页(54)发明名称基于改进内特性并与外特性相融合的水轮机建模方法(57)摘要本发明公开了一种基于改进内特性并与外特性相融合的水轮机建模方法，对水轮机各部件的能量损失进行了详细划分，建立了水轮机各部件的能量损失表达式，进而得到水轮机能量平衡方程，联立水轮机流量调节方程得到改进的水轮机内特性方程，然后将水轮机外特性作为样本数据，采用最小二乘法与遗传算法相结合的方法，辨识改进的水轮机内特性方程的相关参数，得到水轮机过渡过程仿真模型。本发明基于改进内特性并与外特性相融合的水轮机建模方法，通过建立改进水轮机内特性方程，采用水轮机外特性曲线和辨识改进内特性方程相关参数实现水轮机内特性与外特性相融合的建模方法，该方法能够提高水轮机调节系统的仿真精度。CN106874635ACN106874635A权利要求书1/4页1.基于改进内特性并与外特性相融合的水轮机建模方法，其特征在于，对水轮机各部件的能量损失进行了详细划分，建立了水轮机各部件的能量损失表达式，进而得到水轮机能量平衡方程，联立水轮机流量调节方程得到改进的水轮机内特性方程，然后将水轮机外特性作为样本数据，采用最小二乘法与遗传算法相结合的方法，辨识改进的水轮机内特性方程的相关参数，得到水轮机过渡过程仿真模型。2.根据权利要求1所述的基于改进内特性并与外特性相融合的水轮机建模方法，其特征在于，建立了水轮机各部件的能量损失表达式，进而得到水轮机能量平衡方程具体为：将水轮机中的能量损失分为容积损失、导叶入口撞击损失、叶片入口撞击损失、叶片出口旋转损失和圆盘摩擦损失：容积损失功率表示为：Pc＝λcρgQtHt3其中，λc为容积损失系数，表示漏水流量与总流量的比值；ρ为水密度，kg/m；g为重力加23速度，m/s；Qt为水轮机流量，m/s；Ht为水轮机水头，m；导叶入口撞击损失功率表示为：其中，αg为导叶入流角，rad；αfg为固定导叶出流角，rad；D0为导叶分布圆直径，m；b0为导叶高度，m；叶片入口撞击损失功率表示为：α0为导叶出流角，rad；β1为叶片入口安放角，rad；D1为水轮机标称直径，m；nt为水轮机转速，r/min；叶片出口旋转损失功率表示为：2其中，r2为水轮机出口半径，m；A2为水轮机出流面积，m；β2为水轮机叶片出口安放角，rad；圆盘摩擦损失功率表示为：其中，k为圆盘损失系数；水轮机中能量损失总和表示为：PL＝Pc+Pg+P1+P2+Pf将水轮机各部件的能量损失代入能量守恒方程：Pw＝Pt+PL其中，Pw为流过水轮机的水体失去的能量，W，Pw＝ρgQtHt；Pt为水轮机获得的能量，W，Pt＝πMtnt/30，Mt为水轮机力矩，Nm；2CN106874635A权利要求书2/4页利用相似原理将nt、Qt和Mt用单位转速n11、单位流量Q11和单位力矩M11表示，经过整理可得基于能量平衡的表达式：其中a7＝-1.2×10-5kρ。3.根据权利要求2所述的基于改进内特性并与外特性相融合的水轮机建模方法，其特征在于，联立所述水轮机能量平衡方程和水轮机流量调节方程得到改进的水轮机内特性方程，具体为：其中，α为导叶角度，Δα0为导叶角度α与导叶出流角α0之间的差角，Δαg为导叶角度α与导叶入流角αg之间的差角，参数a2、a5、a6、a7、b1～b8及Δα0、Δαg根据水轮机高效率区域的实测数据辨识得到。4.根据权利要求3所述的基于改进内特性并与外特性相融合的水轮机建模方法，其特征在于，所述参数a2、a5、a6、a7、b1～b8及Δα0、Δαg根据水轮机外特性数据辨识得到，水轮机特性曲线中的每一个工况点都可以用一个4维向量表示，记为(α,n11,Q11,M11)，那么水轮机综合特性可以看作有限个工况点的集合，记为{(α_i,n11_i,Q11_i,M11_i)|i＝1,2,…,n}，其中i表示第i个工况点，n为工况点总数量，遗传算法中的种群记为{(Δα0_j,Δαg_j)|j＝1,2,…,m}，其中j表示第j个个体，m为种群中个体总数量；具体为：步骤a：首先产生随机的{(Δα0_j,Δαg_j)|j＝1,2,…,m}，做为遗传算法的初始种群；步骤b：针对式采用最小二乘法得到个体j的系数b1_j,b2_j,a2_j的表达式为：TT其中，B1