[01619599]大型水轮发电机组智能控制与安全运行关键技术及应用

本项目属于电气工程领域。 随着我国水力发电事业的稳步发展,以百万千瓦机组为代表的大型水轮发电机组的控制与运行面临一系列理论难题和技术挑战,主要体现在控制理论、具有自主知识产权的控制技术与装备以及优化设计与运行方法等方面的研究与应用尚存不足,相关的理论、技术和应用的创新性和系统性需进一步提高。 本项目针对我国大型水轮发电机组安全稳定运行亟需的建模、控制基础理论和技术支撑之间的突出矛盾,在国家研究计划支持下,沿着理论创新、技术创新和应用创新的研究思路,系统地开展了大型水轮发电机组测试、控制与运行的理论及技术研究,历时多年,形成了一批具有国际影响力的创新性成果,并在实际工程中得到检验和应用。项目的创新点包括： （1）大型水轮发电机组精细化嵌入式仿真和测试技术。提出并建立了基于二端口网络和全特性空间曲面的水轮机调节系统非线性耦合精细化模型结构和流量-转速二维动态嵌套迭代高效求解算法,实现了机组高精度全工况实时嵌入式仿真;提出了基于新型超平面隶属度函数和区间二型模糊集的水轮发电机组模型模糊辨识方法,显著提升了系统辨识精度;研发了具有高效实时数据处理和计算分析能力的大型水轮发电机组全工况仿真测试装置,为检测机组性能、提高运行效率提供了技术支撑。 （2）大型水轮发电机组智能控制技术。首次提出了大型水轮发电机组非线性预测控制方法与技术,设计了基于非线性特性瞬时线性化和模糊辨识的广义预测控制器,从理论上解决了传统线性控制规律与机组强非线性、时变性之间的适配问题,突破了机组多工况控制适应性弱的瓶颈;提出了大型水轮发电机组控制参数自适应整定优化技术,构造了综合考虑机组变工况控制性能要求和复杂非线性约束条件的多目标函数,建立了分数阶控制参数高自由度多目标优化模型,显著提升了机组动态特性时变情景下的控制效果。研发了大型水轮发电机组智能型调速器装备及控制优化软件,提高了我国大型水力装备智能化水平。 （3） 大型水轮发电机组安全运行综合优化技术。率先提出了综合考虑转速、水压和结构安全等因素的导叶控制规律多目标优化模型,实现了水轮发电机组过渡过程导叶控制规律的高效设计,显著提升了机组过渡过程控制品质;建立了水轮机调节系统全工况稳定性分析的理论框架,实现了对系统全工况稳定性的量化评估;提出了消除尾水波动的过水系统设计方法,减小了下游水位波动对机组稳定性的不利影响。 研究成果出版专著1部;发表高水平学术论文120余篇,其中SCI收录84篇、EI收录86篇;获发明专利17项,实用新型专利3项,软件著作权3项。成果发表于IEEE Trans、Applied Energy等国际重要学术期刊,并被国内外研究团队借鉴和跟踪研究。研发了水轮发电机组调速系统仿真测试装置,研制了新一代智能型大型水轮发电机组调速器装备、调速系统控制优化软件系统,应用于国内20余家核心控制装备厂家、设计单位以及大型水电站,为我国大型水轮发电机组的装备国产化、优化设计和安全稳定与高效运行提供强有力的技术支撑。