水轮机导叶体及该水轮机pid控制参数的优化方法与流程-k8凯发

本发明涉及流体机械发电，具体涉及一种水轮机导叶体及该水轮机pid控制参数的优化方法。

背景技术：

1、随着抽水蓄能电站的大量规划建设，为改提高抽水蓄能机组运行稳定性、改善电网供电质量，有关学者对水泵水轮机翼型结构、调节品质提出了更高要求。

2、研究显示，水泵水轮机运行过程中，在小流量工况能量损失主要发生在无叶区和活动导叶区，主要由无叶区的高速环流和活动导叶流道内的旋涡造成，无叶区压力脉动主要是由活动导叶与转轮叶片组成的动静叶栅干涉效应以及活动导叶区域出流与转轮叶片工作面发生冲击导致的分流引起，而活动导叶与转轮叶片组成的动静叶栅干涉效应又与水泵水轮机调节性能密切相关。

技术实现思路

1、本发明提供一种水轮机导叶体及该水轮机pid控制参数的优化方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水轮机导叶体，包括导叶和辐条，所述导叶数量为偶数个，所述辐条设置在其中一半所述导叶侧壁并围绕各自对应的导叶一周设置，所述辐条平行位于所述导叶的上盖板和下盖板之间，另一半所述导叶侧壁开设有绕导叶一周延伸的导槽，所述导叶和所述导槽交替分布，当相邻两个所述导叶相互接触时，所述导叶插入所述导槽内。

3、所述导叶和所述导槽在各自对应导叶上的分布数量为奇数个。

4、所述辐条的宽度为所述导叶上下盖板间距的0.03-0.05倍。

5、所述导叶和所述导槽的截面均呈弧形，且弧形的直径与所述辐条的宽度相同。

6、一种基于导叶体的水轮机pid控制参数的优化方法，包括如下步骤：s1、在matlab/simulink中建立水轮机调节系统多工况的非线性模型，搭建改进bp神经网络算法优化pid参数的仿真平台；

7、s2、生成输入层矩阵并初始化bp神经网络算法参数样本；将输入层矩阵的每个候选解代入仿真平台进行仿真，根据目标信号与响应信号的误差计算水轮机调节性能指标costfunction目标函数值，costfunction目标函数值的计算公式如下：

8、

9、式中，t为仿真时间，e(t)为目标信号与响应信号的误差；

10、s3、根据目标函数值求得实际的输出结果与期望的输出结果之间产生的误差损失函数值loss，误差损失函数值loss的计算公式如下：

11、

12、式中，n为迭代次数，costfunction为第i次迭代中所对应的水轮机调节性能指标函数值；

13、s4、通过改进bp神经网络算法对输入矩阵的每一个神经元输入信号进行迭代计算，得到该次计算各神经元的输出信号，并将该输出信号作为下一次计算各神经元的输入信号；

14、s5、判断当前样本迭代次数是否达到最大迭代次数，若达到最大迭代次数，则终止迭代计算并输出最终输出信号矩阵；否则继续进行迭代计算。

15、步骤s4中，输入矩阵通过惯性矩阵wi计算，惯性矩阵wi中的元素为若干个惯性权重每个惯性权重按照引入动量项与变步长的方法同步迭代变化，同步迭代变化的公式为：

16、

17、式中：为第i 1次迭代计算中更新第j个水轮机调节系数的神经网络算法惯性权重；为第i次迭代计算中更新第j个水轮机调节系数的神经网络算法惯性权重，1≤j≤3；为第i次迭代计算中更新第j个水轮机调节系数的学习率步长，η＞0；α为动量因子，0≤α＜1；loss为误差损失函数；为第i-1次迭代计算中更新第j个水轮机调节系数的神经网络算法惯性权重。

18、学习率步长η根据连续两次迭代的梯度方向选择加倍或减半，实现方式如下：

19、

20、

21、式中，为第i 1次迭代计算中更新第j个水轮机调节系数的学习率步长。

22、通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

23、1、导叶体上辐条与导槽的引入，使得导叶壁面边界层遭到破环，进而改善活动导叶区域出流状况，削弱与转轮叶片工作面发生的冲击，达到降低无叶区压力脉动的目的；

24、2、当导叶全关时，相邻两个导叶相互接触，辐条插入导槽内，避免了辐条与导叶产生干涉或导槽与辐条之间形成空隙的情况，利于减少导叶全关时的漏水量；

25、3、水轮机pid控制参数的优化方法中采用引入动量项、随连续两次迭代的梯度方向变化的bp神经网络算法，运用改进bp神经网络算法求解优化pid控制参数，使得系统costfunction指标最小，该方法可使得costfunction指标更快收敛于最小值，控制调节时间、超调量大大减少，并拥有一定的鲁棒性，从而达到提高调速器调节品质的目的，创新地解决了非线性系统的控制参数较难优化的问题。

技术特征：

1.一种水轮机导叶体，其特征在于，包括导叶(1)和辐条(21)，所述导叶(1)数量为偶数个，所述辐条(21)设置在其中一半所述导叶(1)侧壁并围绕各自对应的导叶(1)一周设置，所述辐条(21)平行位于所述导叶(1)的上盖板(11)和下盖板(12)之间，另一半所述导叶(1)侧壁开设有绕导叶(1)一周延伸的导槽(22)，所述导叶(1)和所述导槽(22)交替分布，当相邻两个所述导叶(1)相互接触时，所述导叶(1)插入所述导槽(22)内。

2.根据权利要求1所述的水轮机导叶体，其特征在于，所述导叶(1)和所述导槽(22)在各自对应导叶(1)上的分布数量为奇数个。

3.根据权利要求1所述的水轮机导叶体，其特征在于，所述辐条(21)的宽度为所述导叶(1)上下盖板(12)间距的0.03-0.05倍。

4.根据权利要求1所述的水轮机导叶体，其特征在于，所述导叶(1)和所述导槽(22)的截面均呈弧形，且弧形的直径与所述辐条(21)的宽度相同。

5.一种基于权利要求1-4所述导叶体的水轮机pid控制参数的优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的水轮机导叶体，其特征在于，步骤s4中，输入矩阵通过惯性矩阵wi计算，惯性矩阵wi中的元素为若干个惯性权重每个惯性权重按照引入动量项与变步长的方法同步迭代变化，同步迭代变化的公式为：

7.根据权利要求6所述的水轮机导叶体，其特征在于，学习率步长η根据连续两次迭代的梯度方向选择加倍或减半，实现方式如下：

技术总结
本申请涉及一种水轮机导叶体及该水轮机pid控制参数的优化方法，涉及流体机械发电技术领域，其包括导叶和辐条，导叶数量为偶数个，辐条设置在其中一半导叶侧壁并围绕各自对应的导叶一周设置，辐条平行位于导叶的上盖板和下盖板之间，另一半导叶侧壁开设有绕导叶一周延伸的导槽，导叶和导槽交替分布，当相邻两个导叶相互接触时，导叶插入导槽内；本申请通过导叶上辐条与导槽的引入，使得导叶壁面边界层遭到破环，进而改善活动导叶区域出流状况，削弱与转轮叶片工作面发生的冲击，达到降低无叶区压力脉动的目的。

技术研发人员：张志兵,李璋,戴鸿清,黄建生,杨瀚轩,何腾,杜贻钊,闫晓彤,阚阚,郑源
受保护的技术使用者：华电福新周宁抽水蓄能有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8