【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及水電站水輪機(jī)選型，具體地指一種近遠(yuǎn)期潛能開發(fā)水輪機(jī)參數(shù)的設(shè)計(jì)方法。
技術(shù)介紹
1、混流式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，效率較高，能適應(yīng)很寬的水頭范圍，是目前世界各國廣泛采用的水輪機(jī)型式之一。作為水電站設(shè)計(jì)的重要組成部分，混流式水輪機(jī)選型計(jì)算是否合理直接關(guān)系到電站的動能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。
2、由于水輪機(jī)中流體運(yùn)動的復(fù)雜性及其理論的不完善加之目前的技術(shù)水平有限，尚不能用純理論計(jì)算的方法最終確定最優(yōu)的水輪機(jī)方案。現(xiàn)有技術(shù)中只能由設(shè)計(jì)者通過比較幾種不同的方案，確定出較佳的方案。通常，對于一個給定設(shè)計(jì)水頭，有幾個甚至十幾個模型轉(zhuǎn)輪可以適用，要從中選定一個最合適的轉(zhuǎn)輪，設(shè)計(jì)者需要重復(fù)幾十遍甚至幾百遍手工試算過程。設(shè)計(jì)工作相當(dāng)繁瑣，效率較低，結(jié)果精度也較差。
3、蜉蝣優(yōu)化算法是由希臘學(xué)者zervoudakis于2020年結(jié)合遺傳算法和粒子群算法提出的一種新型智能優(yōu)化算法，綜合了群體智能和進(jìn)化算法的優(yōu)勢；其在最優(yōu)解質(zhì)量、成功率、收斂速度、穩(wěn)定性等方面有較好的表現(xiàn)，并且求解過程中的求偶舞蹈和隨機(jī)飛行加強(qiáng)了算法的局部探索與全局開發(fā)之間的平衡。同時一些改進(jìn)版本、離散化和多目標(biāo)蜉蝣優(yōu)化算法被相繼提出，提升了算法的優(yōu)化能力，拓展了蜉蝣優(yōu)化算法的應(yīng)用領(lǐng)域。目前蜉蝣優(yōu)化算法已成功應(yīng)用于故障診斷、特征選擇、風(fēng)電系統(tǒng)預(yù)測、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、醫(yī)學(xué)圖像檢測、無線傳感、路徑規(guī)劃等多領(lǐng)域的優(yōu)化問題，并取得了良好的進(jìn)展。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本專利技術(shù)提出一種近遠(yuǎn)期潛能開發(fā)水
2、為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)提出一種近遠(yuǎn)期潛能開發(fā)水輪機(jī)參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，其特別之處在于，包括如下步驟：
3、s1)獲取水電站基本參數(shù)，所述水電站基本參數(shù)包括最大水頭、設(shè)計(jì)水頭、加權(quán)平均水頭、最小水頭、下游尾水位高度、模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑、水輪機(jī)模型機(jī)最高效率、水輪機(jī)模型機(jī)最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速、水輪機(jī)模型機(jī)額定工況效率、總裝機(jī)容量、安全系數(shù)、發(fā)電機(jī)效率、電網(wǎng)頻率、效率修正系數(shù)；
4、s2)根據(jù)水電站的水頭變化范圍，擬定混流式水輪機(jī)的型號，再根據(jù)水電站總裝機(jī)容量，擬定需安裝某種型號的混流式水輪機(jī)的單臺機(jī)組容量和裝機(jī)臺數(shù)，將一種型號混流式水輪機(jī)擬定的單臺機(jī)組容量和裝機(jī)臺數(shù)作為一個選型方案，共計(jì)獲得多個選型方案；
5、s3)確定每個選型方案中混流式水輪機(jī)原型機(jī)參數(shù)，根據(jù)每個參數(shù)對應(yīng)的多個統(tǒng)計(jì)公式計(jì)算出該參數(shù)范圍；
6、所述參數(shù)包括：比轉(zhuǎn)速、比速系數(shù)、單位轉(zhuǎn)速、單位流量、裝置空化系數(shù)、模型臨界空化系數(shù)、吸出高度、轉(zhuǎn)輪直徑、水輪機(jī)原型機(jī)最高效率、水輪機(jī)原型機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速；
7、s4)從混流式水輪機(jī)原型機(jī)參數(shù)中選擇水輪機(jī)原型機(jī)最高效率、吸出高度作為兩個評估指標(biāo)，對兩個評估指標(biāo)賦權(quán)后得到目標(biāo)函數(shù)，基于蜉蝣優(yōu)化算法尋求每個選型方案的一組最優(yōu)水輪機(jī)原型機(jī)參數(shù)；并由目標(biāo)函數(shù)獲得函數(shù)適應(yīng)度值，并將每個選型方案對應(yīng)的適應(yīng)度值進(jìn)行排序，選取最佳選型方案；所述目標(biāo)函數(shù)通過下式表示
8、f＝aηpmax+bhs
9、式中，
10、f為目標(biāo)函數(shù)，a為權(quán)重因子，
11、b為權(quán)重因子，且a+b＝1，
12、ηpmax為水輪機(jī)原型機(jī)最高效率，
13、hs為吸出高度；
14、s5)對最佳選型方案進(jìn)行混流式水輪機(jī)工作范圍的檢驗(yàn)，并導(dǎo)出最佳選型方案對應(yīng)的最優(yōu)水輪機(jī)原型機(jī)參數(shù)。
15、進(jìn)一步地，s1)中，所述水電站基本參數(shù)還包括假定效率修正值，根據(jù)水輪機(jī)模型機(jī)最高效率計(jì)算出水輪機(jī)原型機(jī)最高效率，再由水輪機(jī)原型機(jī)最高效率與水輪機(jī)模型機(jī)最高效率獲得水輪機(jī)原型機(jī)的效率修正值，且效率修正值與假定效率修正值需在預(yù)設(shè)的誤差范圍內(nèi)。
16、進(jìn)一步地，s2)中，在擬定選型方案時，一次擬定三種或少于三種方案進(jìn)行比選。
17、更進(jìn)一步地，s4)中，基于蜉蝣優(yōu)化算法尋求每個選型方案的一組最優(yōu)水輪機(jī)原型機(jī)參數(shù)的步驟如下，
18、s41)進(jìn)行蜉蝣初始化，得到隨機(jī)產(chǎn)生的蜉蝣位置，即混流式水輪機(jī)機(jī)組的已知參數(shù)，利用決策變量帶入目標(biāo)函數(shù)計(jì)算得到水輪機(jī)原型機(jī)最高效率ηpmax和吸出高度hs；根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)值對各組水輪機(jī)參數(shù)進(jìn)行pareto非支配排序并計(jì)算擁擠度，將所得第一級pareto非支配解存入pareto最優(yōu)解集中；
19、s42)隨機(jī)選取pareto最優(yōu)解集中的水輪機(jī)參數(shù)作為蜉蝣群的全局最佳位置，依據(jù)蜉蝣運(yùn)動規(guī)律更新蜉蝣位置與速度；
20、s43)pareto最優(yōu)解集中的蜉蝣進(jìn)行交配產(chǎn)生子代雌蜉蝣與雄蜉蝣，對子代蜉蝣進(jìn)行變異操作，用子代蜉蝣位置所表示的水輪機(jī)參數(shù)計(jì)算優(yōu)化目標(biāo)值，利用優(yōu)化目標(biāo)值對加入子代后的雄蜉蝣群與雌蜉蝣群進(jìn)行pareto非支配排序，并計(jì)算擁擠度；
21、s44)根據(jù)pareto非支配等級由高到低以及擁擠度由大到小對雄蜉蝣群與雌蜉蝣群進(jìn)行排序，根據(jù)排序結(jié)果去除超出種群上限的蜉蝣個體，將所得蜉蝣群與pareto最優(yōu)解集中保存的個體一同進(jìn)行pareto排序，將所得的第一級pareto非支配解存入pareto最優(yōu)解集中；
22、s45)回到第步驟s42)步依次循環(huán)迭代，直到達(dá)到迭代次數(shù)上限，給出最終的pareto最優(yōu)解集，即能使水輪機(jī)原型機(jī)最高效率ηpmax和吸出高度hs能夠達(dá)到pareto前沿的混流式水輪機(jī)參數(shù)。
23、更進(jìn)一步地，s5)中，混流式水輪機(jī)工作范圍的劃定方法為通過在水輪機(jī)模型綜合特性曲線上繪出水輪機(jī)原型機(jī)的最大單位流量直線、最大單位轉(zhuǎn)速直線和最小單位轉(zhuǎn)速直線，由這三根直線與橫坐標(biāo)軸包圍的矩形范圍即為水輪機(jī)工作范圍。
24、更進(jìn)一步地，s5)中，根據(jù)選定的轉(zhuǎn)輪直徑d1和同步轉(zhuǎn)速nm可以求出水輪機(jī)原型機(jī)的最大單位流量、最大單位轉(zhuǎn)速和最小單位轉(zhuǎn)速的數(shù)值，計(jì)算公式如下：
25、
26、
27、
28、式中，
29、q1'max為最大單位流量，
30、d1為水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑d1，
31、nt為水輪機(jī)的單機(jī)容量，
32、hr為設(shè)計(jì)水頭，
33、η為水輪機(jī)原型機(jī)額定工況效率，η＝ηm+δη'，
34、ηm為水輪機(jī)模型機(jī)額定工況效率，
35、δη'為假定效率修正值，
36、nm為發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速，
37、hmin為水電站的最小水頭，
38、n1'max為最大單位轉(zhuǎn)速，
39、n'min為最小單位轉(zhuǎn)速，
40、hmax為水電站的最大水頭。
41、本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：
42、1、本專利技術(shù)首先輸入電站基本參數(shù)，并擬定每個選型方案的單機(jī)容量和裝機(jī)臺數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)多種經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出每個選型方案下的水輪機(jī)參本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種近遠(yuǎn)期潛能開發(fā)水輪機(jī)參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近遠(yuǎn)期潛能開發(fā)水輪機(jī)參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：S1)中，所述水電站基本參數(shù)還包括假定效率修正值，根據(jù)水輪機(jī)模型機(jī)最高效率計(jì)算出水輪機(jī)原型機(jī)最高效率，再由水輪機(jī)原型機(jī)最高效率與水輪機(jī)模型機(jī)最高效率獲得水輪機(jī)原型機(jī)的效率修正值，且效率修正值與假定效率修正值需在預(yù)設(shè)的誤差范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近遠(yuǎn)期潛能開發(fā)水輪機(jī)參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：S2)中，在擬定選型方案時，一次擬定三種或少于三種方案進(jìn)行比選。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的近遠(yuǎn)期潛能開發(fā)水輪機(jī)參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：S4)中，基于蜉蝣優(yōu)化算法尋求每個選型方案的一組最優(yōu)水輪機(jī)原型機(jī)參數(shù)的步驟如下，
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的近遠(yuǎn)期潛能開發(fā)水輪機(jī)參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：S5)中，混流式水輪機(jī)工作范圍的劃定方法為通過在水輪機(jī)模型綜合特性曲線上繪出水輪機(jī)原型機(jī)的最大單位流量直線、最大單位轉(zhuǎn)速直線和最小單位轉(zhuǎn)速直線，由這三根直線與橫坐標(biāo)軸包圍的矩形范圍即為水輪機(jī)工作范圍。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種近遠(yuǎn)期潛能開發(fā)水輪機(jī)參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近遠(yuǎn)期潛能開發(fā)水輪機(jī)參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：s1)中，所述水電站基本參數(shù)還包括假定效率修正值，根據(jù)水輪機(jī)模型機(jī)最高效率計(jì)算出水輪機(jī)原型機(jī)最高效率，再由水輪機(jī)原型機(jī)最高效率與水輪機(jī)模型機(jī)最高效率獲得水輪機(jī)原型機(jī)的效率修正值，且效率修正值與假定效率修正值需在預(yù)設(shè)的誤差范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近遠(yuǎn)期潛能開發(fā)水輪機(jī)參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：s2)中，在擬定選型方案時，一次擬定三種或少于三種方案進(jìn)行比選。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的近遠(yuǎn)期潛能開發(fā)水輪機(jī)參數(shù)的設(shè)計(jì)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊年浩，鄭濤平，孫文才，郭學(xué)洋，李海軍，陳笙，李紅輝，何峰，劉壯，皮俊東，
申請(專利權(quán))人：中國三峽建工集團(tuán)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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