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基于虚拟仪器的水力机组运行实时监测系统研究

作　者: 王娜
导　师: 习华勇
学　校: 河北工程大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 水力机组优化运行数据采集虚拟仪器监测系统三维显示
分类号: TV734
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 31次
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内容摘要

水电是我国重点发展的绿色能源,水电生产具有开停机方便、运行费用低,对环境污染小等优点,合理充分地利用水电能源对我国的经济发展起着巨大的推动作用,因此有效地对水力机组运行参数进行检测、分析、优化,对水轮机组高效稳定运行将起到重要作用。本文采用虚拟仪器技术,通过LabVIEW和MATLAB混合编程的方法,开发了一套水力机组运行实时监测系统,该系统不仅实现了水轮机运行参数的实时检测、分析、计算以及水力机组能量特性模型的建立,而且为建立水力机组优化运行系统打下基础。本文主体分为三部分,每部分内容如下:第一部分:采用虚拟仪器的概念,构建了实时监测系统的硬件结构并详细介绍了硬件的选型设计。该系统的硬件部分主要采用了美国NI公司的产品,包括信号调理设备以及数据采集卡,经过试验验证,该系统硬件结构不论采集精度、速度以及抗干扰能力都能够满足实时监测系统的要求。第二部分:利用图形化编程语言LabVIEW建立了岗南水电站1～3号机组的运行参数数据采集系统,实现了水轮机的工作水头、流量、出力等参数的实时在线监测、显示、处理以及存储,同时可根据水力机组实时监测的数据计算水轮机的运行效率,并实时显示,使工作人员随时了解水轮机的运行状况。第三部分:在水力机组运行参数数据采集系统的基础上,利用LabVIEW和MATLAB混合编程技术,构建了水轮机能量特性模型,开发了水力机组运行工况实时监测系统,该系统可以实现在水轮机的三维能量特性曲面图上实时显示水轮机的运行工况点的功能,以便运行人员直观地了解水轮机的运行状况,从而对整个机组进行合理调节,使机组运行于高效区。本系统的开发对于充分利用水资源,提高水电站的经济效益,实现水力机组的高效稳定运行及优化运行均具有一定的实际指导意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-16
  1.1 研究的背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究概况  12-13
    1.2.1 国外发展现态  12-13
    1.2.2 国内发展现状  13
  1.3 本文主要研究内容和重点解决的关键问题  13-15
  1.4 本文研究的创新点  15-16
第2章参数测定原理  16-24
  2.1 发电机有功功率的测定  16-17
    2.1.1 发电机有功功率的测定方法  16-17
    2.1.2 本系统功率的测量方法  17
  2.2 水轮机过机流量的测定  17-20
    2.2.1 水轮机过机流量的测定方法  17-19
    2.2.2 本系统采用的测量方法——蜗壳差压法  19-20
  2.3 水轮机工作水头的测定  20-21
  2.4 水轮机效率的计算  21-22
  2.5 水轮机出力的计算  22-23
  2.6 本章小结  23-24
第3章水力机组运行实时监测系统的硬件设计  24-37
  3.1 传感器的选择  24-28
    3.1.1 FPW－201 功率变送器  25-26
    3.1.2 1151 电容式压力/差压变送器  26-28
  3.2 信号的调理  28-30
    3.2.1 信号调理的类型  28-29
    3.2.2 常用信号调理模块  29
    3.2.3 信号调理模块的选型  29-30
  3.3 数据的采集  30-36
    3.3.1 数据采集卡的选用原则  30-31
    3.3.2 PCI－6221 数据采集卡  31-35
    3.3.3 PCI－6221 的参数设置  35-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章基于虚拟仪器的水力机组运行参数数据采集系统  37-57
  4.1 虚拟仪器及LabVIEW 概述  37-42
    4.1.1 虚拟仪器技术  37-40
      4.1.1.1 虚拟仪器与传统仪器的对比  37-38
      4.1.1.2 虚拟仪器的构成  38-39
      4.1.1.3 虚拟仪器的特点  39-40
    4.1.2 LabVIEW  40-42
  4.2 数据库访问技术  42-47
    4.2.1 系统数据库平台  42
    4.2.2 LabVIEW 中数据库的访问方式  42-43
    4.2.3 LabSQL 工具包简介  43-44
    4.2.4 LabSQL 的安装及配置  44-46
    4.2.5 LabVIEW 访问数据库的流程  46-47
  4.3 数据采集系统的软件结构  47-48
  4.4 数据采集系统的功能  48
  4.5 数据采集系统总体设计方案  48-56
    4.5.1 岗南水电站概况  48-49
    4.5.2 岗南水电站机组技术参数  49-50
    4.5.3 系统程序前面板  50-51
    4.5.4 系统程序框图  51-56
      4.5.4.1 数据采集模块  53-54
      4.5.4.2 数据存储模块  54
      4.5.4.3 数据管理模块  54-55
      4.5.4.4 置零模块  55-56
  4.6 本章小结  56-57
第5章基于虚拟仪器的水力机组运行工况实时监测系统  57-81
  5.1 引言  57
  5.2 MATLAB 概述  57-60
    5.2.1 MATLAB 的应用领域  58
    5.2.2 MATLAB 的功能  58-59
    5.2.3 MATLAB 语言的特点  59-60
  5.3 RBF 人工神经网络结构及原理  60-62
  5.4 MATLAB 神经网络工具箱  62-63
  5.5 面向MATLAB 工具箱的径向基神经网络  63-67
    5.5.1 面向MATLAB 工具箱的径向基神经元模型  63-65
    5.5.2 面向MATLAB 工具箱的径向基神经网络  65-66
    5.5.3 径向基网络的创建与学习过程  66-67
  5.6 基于径向基神经网络的水轮机能量特性模型的建立  67-74
    5.6.1 样本数据的选取  67-69
    5.6.2 样本数据的处理  69-71
    5.6.3 RBF 网络的设计及MATLAB 程序实现  71-73
    5.6.4 网络的测试及结果分析  73-74
  5.7 水轮机能量特性模型的虚拟实现  74-77
    5.7.1 MATLAB 在LabVIEW 中调用的实现  74-76
      5.7.1.1 调用过程的实现  75-76
      5.7.1.2 调用时注意事项  76
    5.7.2 模型的三维立体图示  76-77
  5.8 水轮机运行工况的实时显示  77-78
  5.9 水力机组运行实时监测系统集成的实现  78-80
  5.10 本章小结  80-81
结论  81-83
致谢  83-84
参考文献  84-88
作者简介  88-89
攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果  89-90

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