In view of the problems of complex modeling process, nonlinear and poor multi parameter coupling expression in the mathematical mechanism modeling of hydro generators, and the complex problems of wind and solar energy access and grid interconnection faced by large hydro generators, the advantages and disadvantages of mechanism modeling and data-driven are compared and analyzed, and the feasibility of deep belief network algorithm on hydro generator modeling is studied, A large-scale hydro generator model based on the data-driven method of deep belief network is established. A total of 129600 sets of actual data of a unit are used for model training and verification, and simulation tests are carried out under the no-load frequency disturbance of the unit to verify the effectiveness and stability of the model.
本文以轴流定桨水轮机为研究对象,设计了两种可以抑制尾水涡带的补气措施.采用基于气液两相流的定常数值仿真计算,选取偏负荷典型工况进行了不同补气比条件下的仿真试验.研究发现采用尾水管短管补气只能消除部分尾水涡带,而采用泄水锥中心孔补气可以较为完全地抑制尾水涡带的产生.但同时发现从泄水锥中心孔补入的气体会影响尾水管过流,造成蜗壳入口处的流量下降约3.5％.本研究可进一步丰富补气对轴流定桨式水轮机尾水涡带抑制效果的仿真数据和试验理论.
若水电站为攀西地区风光"填空式"发电,具有库容小、调节能力差、出入库流量难以平衡、上下游水位变化幅度较大、负荷调整和闸门操作频繁、水库水位控制和河道管理安全风险高的特点.为预控若水电站调度运行风险,本文通过进行调度运行风险辨识,给出了运行风险概率模型,提出了风险指标及其计算方法,设计了风险评估分析模型,并选取不同季节实际数据进行了风险计算分析,算例结果验证了风险评估和计算的可行性和有效性,研究成果可为梯级水库安全优化调度提供参考.
本文对宁夏银川黄沙古渡泵站多机组运行时的机组性能进行数值模拟,分析了不同机组数运行下的机组性能,研究结果表明:在多机组并行运行时,不同机组进口流速分布差别不大,额定流量工况下进口速度呈现非对称分布,大流量工况下进口流速均匀度明显提高,近似对称分布.大流量工况水泵出水管均存在大尺度的回流,额定流量工况只有少数机组出水管内存在大尺度回流.三台机组同时运行时机组的扬程小于两台机组运行时的扬程,说明开机数量越多,不同机组之间的水流流动相互干扰越大,相比于两台机组开机运行时,三台机组运行时机组的水力性能会降低.本文研究结果为泵站多机组并行运行时的运行控制提供理论指导,具有重要的学术意义和工程价值.
为研究平衡孔特征参数对离心泵轴向力的影响,将IS80-65-160单级单吸离心泵作为研究对象,在设计工况下运用ANSYS CFX软件对具有不同平衡孔直径、数量和位置等特征参数的27种离心泵模型的外特性、内流场进行数值计算,获取离心泵后泵腔压力、泄漏量及轴向力随平衡孔特征参数改变的变化规律;同时引入能综合体现平衡孔直径、个数、位置的面积比系数t来探究平衡轴向力效果.结果表明:在设计工况下,当平衡孔数量等于叶片数时平衡的轴向力最多,可平衡近53.82％;随着平衡孔直径的增加,轴向力呈先减小后趋于平缓的变化规律;后泵腔同一位置处的压力随平衡孔直径的增大而减小,但距离轴中心越远,压力的分布越趋向一致,且分布一致的起始位置约在平衡孔位置半径处;离心泵泵腔中被平衡的轴向力随面积比系数t的增大而近似呈抛物线变化规律,当t趋近于16.5％时,平衡轴向力效果最好,可平衡约50％的轴向力.
随着人工神经网络技术的不断发展,有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)神经网络模型广泛应用于系统分析和优化领域.针对现有ORC神经网络模型计算量大、时间周期长和精度偏低的问题,本文提出了基于肖维勒准则与主元分析的ORC神经网络建模方法.采用肖维勒准则对ORC实验数据进行预处理,以去除异常数据,同时数据得到规范化处理.随后,采用主元分析对ORC特征进行矩阵变换和降维,以提取与ORC运行显著相关的特征向量.最后,通过实验数据验证了提出方法的有效性.该方法可在提高模型精度的同时,降低建模所需的时间.与基于原始数据的ORC神经网络模型相比,基于该方法的ORC神经网络模型建模所需时间降低了 88.69％.同时,模型预测精度提高了 19.93％.
为了提高HL-2M脉冲发电机励磁控制系统的控制效率,实现HL-2M高参数等离子体物理实验先进控制,基于CompactRIO嵌入式系统设计了一种兼具励磁调节与脉冲触发功能,可适用于不同脉冲发电机的励磁控制器.励磁调节在RT中执行,在1ms控制周期内实时调节励磁电压实现发电机输出控制,同时检测过压过流故障信号和进行灭磁处理,并可根据需求灵活设置励磁调节方式;依托CompactRIO的可重配FPGA实现同步信号周期检测、同步信号故障判断、双窄脉冲生成等功能;上位机具有控制命令发送/接收、数据传输与解析、数据保存与显示功能;通过TCP/IP协议和共享变量实现励磁控制器内部可靠通讯.搭建小型实验平台进行励磁控制器功能验证,同步信号周期测量误差小于10μs.结果表明:该控制器具有良好的可靠性,满足基本功能需求.
立式离心泵反转可作能量回收,利用水力机械的可逆性,实现电网的调节和碳排放的降低.泵工况与水轮机工况运行存在差异,是反转能量回收需要明确的一点.本文旨在模型实验的基础上,引用湍流控制方程,进行以计算流体动力学(CFD)为基础的分析,将泵工况与水轮机工况性能模拟结果、过流部件水力损失、流动能量损失评估方法进行对比,得到在不同水轮机工况与泵工况下的工作特点规律,以此来讨论立式导叶蜗壳式离心泵反转能量回收的特性,并且评估反转能量回收的可行性.结果表明,水轮机工况(反转)的高效区对应流量比泵工况略大.泵工况水力损失以叶轮出口和导叶为主,水轮机工况则以叶轮和尾水管为主.本研究可对水力机械反转能量回收技术提供进一步科学支持.
本文采用量子化学的研究方法,建立了复合材料组分间相互作用的量子化学模型,计算了纳米复合材料悬浮液的振荡光谱和结合能.通过红外光谱、DSC和TGA等,分析了复合材料的结构、固化行为、热稳定性和降解动力学,研究了纳米复合粉体(M)、环氧树脂(E)和胺类固化剂(P)之间力学、形态和热性能的协同作用.制备了具有不同含量纳米复合粉体的环氧树脂粘合剂,结果发现,用纳米粉体改性后的粘合体系的热稳定性得到了改善,常态和热态下剥离强度显著提高.
某水电站3台机组的转子支架出现不同严重程度的裂纹,本文从应力、固有频率、疲劳、运行小时数、机组运行稳定性、振动等角度进行分析,以查找裂纹出现的原因.通过分析发现是推力瓦产生的频率为12倍转频的激振力引起转动部分产生较大的轴向振动,从而引起转子支架裂纹的产生,该频率与转子轴向固有频率接近,提高推力瓦的安装质量可以减缓裂纹的产生.本文为其他水电站转子支架裂纹产生的原因分析提供了一个思路.
泵是工业生产中一种重要的通用机械,它将原动机的机械能传送给液体,使液体增压,起到输送液体的重要作用.在不同应用领域和场合,对于泵的要求不同.目前,一些大型调水工程如牛栏江-滇池补水工程、珠江三角洲水资源配置工程、美国加利福尼亚州调水工程等,需要兼顾高扬程与大流量.
本文针对某大科学装置70MW超大功率同步感应电机结构型式,基于计算流体力学及数值传热学基本原理,在基本假设的基础上,建立了电机三维流场物理模型.根据电机运行特点,确定了分析计算的进出口冷却空气边界条件,分别对额定转速和最高转速工况下电机的内流场和温升进行了分析计算,并将温度计算结果与实验结果进行对比分析,结果显示电机温升计算与实测结果误差小于6.8％.
随着化石燃料的快速消耗和产生的环境污染,许多公用事业已将其发电来源改为可再生能源.我国大型清洁可再生能源基地的集约化开发以及国家电网的智能化建设,需要大量的电站来进行电网调节.大型离心泵是一种用于大规模调水的通用机械,作为叶片式水力机械,它本身也具有可逆运行的能力.现有的大型离心泵机组,可实现反转发电的功能.本文以某大型立式离心泵为研究对象,在试验研究的基础上开展了水泵反转作水轮机S区数值模拟,对S区中的稳定区、近飞逸区、近零流量区以及反水泵区共四个特殊运行工况的压力、速度以及湍动能等特性进行了分析,对利用现有的水库与水力机械辅助低碳电网运行具有重要意义.
在长距离输水工程中,大型离心泵往往是核心设备.随着各国水网的逐步发展,立式导叶蜗壳式离心泵越来越受到重视,相关的应用也越来越多.由于其大尺寸的机组采用了固定导叶来进行导流与承重,机组本身的性能受到了一定影响.本文以高扬程、大流量的立式导叶蜗壳式离心泵模型为研究对象,结合模型试验与CFD模拟等方法,研究了三种不同叶片出口倾斜模式(正倾斜、垂直、负倾斜)给机组带来的不同流量下的性能变化.最终发现在流量较小(0.150～0.200m3/s)时,叶片出口采用负倾斜模式的目标离心泵扬程H最大,采用正倾斜模式的效率η最大;流量较大(0.250～0.350m3/s)时,三种倾斜模式下的扬程H、效率η没有明显差异.对于压力脉动,本文发现在进水管和无叶区,正倾斜模式都能很好地降低压力脉动的主频振幅,同比削弱均在10％以上(相较于最大值).总之,采用正倾斜模式的叶片出口基本上能很好地降低压力脉动,同时也能较好的兼顾扬程与效率.在将来的大型水泵机组建设中,如果将离心泵的叶片出口设置为正倾斜模式,可能对提升大型水泵的运行稳定性和性能起到较大的帮助作用.
精确、快速检测出汽轮发电机转子绕组短路故障,可以有效缩短故障处理时间、降低停机成本.本文对开口变压器检测转子绕组匝间短路时的感应电压进行了特征分析,指出感应电压在故障前后的相位变化.随后利用有限元软件搭建了一台300MW汽轮发电机的转子模型,设置不同的匝间短路程度和短路位置,获取相对应的开口变压器的感应电压,验证了通过感应电压变化判断转子绕组匝间短路的有效性.
本文针对发电机转子绕组匝间短路故障在线监测的问题,提出一种皮尔逊相关系数(Pearson Correlation Coefficient,PCC)与支持向量机(Support Vector Machine,SVM)相结合的方法.该方法首先通过PCC计算一段时间内发电机励磁电压、励磁电流与前后轴承间振动之间的相关性,得到一组特征参数.然后将正常机组与故障机组的特征参数分别加上标签,形成样本集.最后使用SVM对样本集进行分类,从而得到故障诊断模型.后采用具体案例对所提方法进行验证,结果证明,此方法可以较为准确地识别出发电机转子绕组的匝间短路故障.
光伏组件作为光伏系统中最重要的组成部分,当个别光伏组件发生热斑故障时,会对整个光伏系统运行产生较大影响.本文通过建立光伏组件在不同工况下发生热斑故障的环境,依据光伏组件的交流小信号阻抗特性,提出一种基于频域特性研究热斑故障电气特性的方法,对检测不同工况的热斑故障进行电气特性变化分析.该方法通过将一定频率范围的高频正弦信号注入产生热斑故障的光伏组件,分析光伏组件的阻抗频幅特性,结合实验测试与仿真验证光伏组件的电气特征.研究结果表明,在偏置电压为短路电压时,热斑故障在电气特性上会导致电阻下降和并联电容略有增加,在最大功率点电压偏置时,电阻和并联电容均有增加.光伏组件在MPPT偏置电压下发生热斑故障时,光伏组件的并联电容与并联电阻跟随故障面积的增大而逐渐增大,当产生10％电池片面积的热斑故障时,并联电阻增加约2.8倍,并联电容增加约1.4倍;当产生90％电池片面积的热斑故障时,并联电阻增加约7.9倍,并联电容增加约3.5倍.
双馈变速抽蓄机组承担黑启动任务时,机端与长距离空载输电线路连接可能引发机组自激振荡,导致出现过电压问题.本文结合双馈变速抽蓄机组及输电线路回路拓扑结构,推导出变速机组-输电线路回路的等效阻抗及自由振荡频率的表达式,基于此给出实用的变速抽蓄机组黑启动时自激振荡产生判据;分析了黑启动过程中发生自激振荡的本质原因,认为自激振荡属于自由分量,其振荡特性由机组参数和线路参数决定,因此无法通过调整控制系统参数抑制振荡的发生;通过建立算例进一步阐述了判据计算方法,并通过仿真模型验证了判据的正确性.
大型发电机定子铁芯由硅钢片热压叠装而成,发电机运行时,定子端部铁芯由于受到交变电磁力的作用,容易产生振动,因此通常将发电机端部一定厚度的铁芯设计成粘结一体的结构,以抵御电磁振动对铁芯的损害.本文针对新一代百万千瓦等级核电发电机的铁芯结构和热压工艺,开发了一种水性环氧树脂粘结剂,对其性能进行了研究,并成功将其应用于铁芯端部粘结.相比于传统的环氧粘结剂,该应用在提升了定子铁芯压装效率的同时,也显著提升了环境、健康、安全(EHS)水平.
抽水蓄能机组的动态调节稳定性是电站参与电网调峰调频、 支撑新能源消纳的关键,而机组在小波动过渡过程工况中的等幅振荡特性,是研究系统稳定性及稳定临界工况的要点.本文采用抽水蓄能机组调节系统的小波动数学模型,运用MATLAB仿真分析工况点的稳定余量,阐释了系统关键时间常数对等幅振荡工况点的影响,揭示了等幅振荡特性与工况点的关联规律.结果表明:水流惯性时间常数Tw的增大使系统等幅振荡工况点的位置向单位转速增大方向移动,机组惯性时间常数Ta的增大使系统等幅振荡工况点的位置向单位转速减小方向移动;随着工况点单位转速的增大,等幅振荡的幅值减小,频率增大;随着工况点开度的增大,等幅振荡的幅值增大,频率减小;Tw对频率的影响呈负相关;Ta对振幅的影响呈负相关.
