基于遗传算法的水电机组盘车数据处理方法研究.pdf

第37卷第10期2011年10月水力发电基于遗传算法的电机组盘车数据处理方法研究孟安波．徐海波(1．广东工业大学，广东广州510006；2．广东省现代电力电子工程技术中心，广东东莞523808)摘要：针对多点任意转角连续盘车数据，提出了一种基于改进遗传算法提取正弦信号参数的求解方法。基于MATLAB遗传算法工具箱，以牡丹江电厂为例，对盘车数据进行了仿真研究，数据结果表明，该方法具有精度高和全局收敛的优点。关键词：遗传算法；正弦曲线拟合；水电机组；盘车ApplicationofGeneticAlgorithmonAlignmentDataProcessingofHydroelectricGeneratingUnitMengAnbo，XuHaibo(1．AutomationFacultyofGuangdongUniversityofTechnology，Guangzhou510006，Guangdong，China；2．R&DCenterofGuangdongModemPowerElectric＆ElectronicEngineering，Dongguan523808，Guangdong，China)Abstract：Fordealingthecontinuousalignmentdatawitharbitraryphaseandarbitrarytestpointsforhydroelectricgeneratingunit，amethodwhichcanextractsinusoidalsignalparametersbasedonimprovedgeneticalgorithmwasproposed．ThesimulationresearchonthealignmentdataprocessingfortheunitinMudanjiangHydropowerPlantisconductedbyusingtheMATLABgeneticalgorithmtoolbox．Theresultsshowthatthemethodhassuchadvantagesashigheraccuracyandglobalconvergence-KeyWords：geneticalgorithm；sinusoidalcurefitdng；hydroelectricgeneratingunit；turningmachineforalignment中图分类号：TK730．32l；TM3l2文献标识码：A文章编号：0559—9342(2011)010—0061—02究人员根据最小二乘拟合法对机组盘车数据进行处0引言理计算，克服了传统盘车数据处理方法的主观误差。盘车是水轮发电机组安装以及大修期间必须进但是其计算过程较为复杂【。行的一道重要轴线修正工序，盘车时间的长短将直针对上述问题，笔者开发了一套全自动智能盘接关系到整个安装检修的直线工期控制．盘车质量车系统。该系统一方面在自动盘车装置的基础上通的好坏对机组的运行状况也有着重要的影响。当前过增加传感系统．解决了任意轴位任意点数的连续绝大多数水电机组盘车都采用传统的等角盘车方法．盘车问题；另一方面，在数据处理方法上．依据摆该盘车方法存在布点数量小、停点不准确、测量精度曲线的空间圆周分布是一条正弦曲线的理论．摆度差、读数主观性强、盘车耗时长等问题：此外．度正弦波曲线拟合的过程可归结为多参数最优化问传统的盘车数据处理方法一般采用手工描图方式．题，由于遗传算法对所要求解的问题无连续性、无存在一定的人工误差。为了提高盘车质量与缩短直可微性等要求，可以以较大的概率收敛到全局最优线工期，研究人员开始对水电机组盘车方式与数据处理方法进行了有效探索与改进：一是开始采用自收稿日期：2011-04—10动盘车装置ll-2]，有效地解决了盘车的动力问题．但基金项目：广东省部产学研项目(100003)仍遇点(8点或16点)停止读数，并没有实现真正作者简介：孟安波(1971一)，男，重庆人，副教授，博士，主要的连续盘车；二是在盘车数据处理方法上，不少研研究方向为自动化、系统集成与分析． 解嘲，为此，本文采用改进的遗传算法提取摆度正弦化的3个决策变量。尽管遗传算法对它们的初始波曲线的3个参数(摆度幅值、摆度初相位和摆度值没有限制，为减小遗传算法的搜索空间，可以直流分量)，为任意轴位任意点数的连续盘车的数据根据上次盘车最大摆度数据，初步确定一个基准处理提供一个新的思路与方法。点，然后分别向左右两边展开，形成遗传算法的搜索空间。1摆度正弦曲线求解的遗传算法模型1_2。3编码1．1算法流程本系统采用二进制编码，根据精度要求。每个结合牡丹江水电厂智能连续盘车过程．图1给参数可用1O位二进制位表示，所以，表达3个参数出了盘车数据处理的遗传算法流程框图，图中参数摆度振幅A、初相位0、直流分量D的染色体最终pcrossove、p_mutation、generations和population分由30位二进制位串构成。别表示遗传算法的交叉概率、变异概率、繁殖代数1．2．4解码和种群规模。解码时，首先把每条染色体均匀截开，根据每个参数的搜索范围分别进行解码，其解码公式如下：decode-min+竿(max。一min)1，2，3(1)一式中，P为每个参数的编码长度(本文取P=10)；min、max分别为、、D搜索空间内的最小值和最大值；bin是对应的二进制整数。1．2．5适应度函数的选择适应度函数用以评价群体中每个个体的性能。遗传算法就是根据适应度决定各个个体在下一代中生存的概率。设数据采集系统以固定的采样间隔，设摆度曲线为F=Asin(0+0o)+D(2)选取适当幅值、初相位和直流电平参数使得该正弦波与测量序列对应点】，(问的残差平方和最小．即=(F())一y())2_min(3)=1一般而言，适应度函数是由目标函数变换而来的。根据适应度函数设计满足单值、连续、非负和最大化的要求，因此本文将适应度函数设计成如下形式Fitness=(4)n2试验仿真研究图1盘车数据处理的遗传算法流程1．2算法分析本算例以牡丹江镜泊湖水电厂盘车采样数据为1．2．1初始参数例，数据包括由涡流传感器测量的水电机组上导、初始化参数主要包括遗传算法控制参数：种群法兰、水导处的摆度采样数据(镜板处没有加装传规模、染色体长度、繁殖代数、交叉概率以及变异感器)以及由光电传感器测量的相位数据。概率。遗传算法参数如下：繁殖代数200，染色体长1．2_2初始种群度24，交叉概率80％，变异概率2％，代沟90％。摆度曲线理论上应该是一个正弦曲线，因此表1是使用改进遗传算法对上导法兰水导摆度采样采用正弦拟合是合适的；另外，由于盘车1圈为数据正弦拟合优化结果。1个周期，因此振幅、初相位与直流分量是待优根据表1，便可以很容易得到(下转第65页)圈WarerPoerV0f．37No．』D 帚j／卺弟JU期1士J芒j暑{承，号予：石J目电蚰爪半匕1=Jb小／J怩疋I|土万1-Jl5mm，逐步过渡到中心线)，并对出水边倒角修圆。[3]樊世英．混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施[J]．水力发电．2002(5)：38—39．改善尾水补气措施，加强大轴中心孑L补气，将『4]孙鸿秉，王怀茂．龙滩水电站水轮机转轮残余应力的测试及评转轮处的真空破坏阀换成浮球阀，并取消原设置在价[J]．水力发电，2007(40)：41—43．发动机轴上的真空破坏阀。『5]曹剑锦，陈昌林．大型水轮机转轮异常振动及叶片裂纹分析4．2效果[J]．西南交通大学学报，2002(11)：66—69．经过处理后，机组投入运行，到目前为止未发[6]严祥兵．黄丹电站水轮机转轮叶片裂纹的处理[J]．大型铸锻件，现机组出现异常情况，出力达到设计要求，振动摆2008f2：36—37．度满足规范要求，大轴中心孔补气顺畅。[7]梁卫．水轮机转轮叶片裂纹分析及补强处理[J]．华电技术，2010(2)：62-66．5结语[8]夏志昌，袁文清，张伟．珊溪水力发电厂转轮裂纹原因分析及处理[J]．电力建设，2009(6)：94—95．混流式水轮机转轮叶片裂纹是较为普遍的问题，[9]于纪幸，徐抱朴，孙殿湖，李兴捷．大朝山水电站转轮裂纹分导致转轮裂纹的潜在原因很多，常见的有选型设计析[J]．水电站机电技术，2005(8)：72—75．不当、制造质量缺陷以及水轮机水力不稳定等，水[1O]毛汉领．混流式水轮机转轮叶片裂纹监测研究[MJ．北京：中国轮机的运行工况也常常会诱发裂纹的产生。老江底水利水电出版社，2009．水电站经过修薄水轮机叶片出水边和调整机组运行[11]宋子友．隔河岩电厂2号水轮机转轮裂纹处理方案[J]．湖北水规范，使水轮机的稳定运行得到很大的改善，防止力发电，2009(3)：70—71．了水轮机裂缝的产生。fl2]李政伟，张炽基．万家寨水电站水轮机转轮裂纹原因分析及处理[J]．中国水能及电气化，2009(5)：4_4_47．参考文献：[13]钟苏．关于水轮机抗振与防裂纹设计的建议[J]．水力发电，2005[I]覃大清，刘光宁，陶星明．混流式水轮机叶片裂纹问题[J]．大(2)：54-56．电机技术，2005(4)：39—44．[14]王者昌，陈怀宁．水轮机叶片裂纹的产生及对策[J]．大电机技[2]黄源芳，刘光宁，樊世英．原型水轮机运行研究[M]．北京：中术．2003(6)：51-56．国电力出版社，2010．(责任编辑刘书秋)第62页)法兰与水导处的净摆度曲线，如图23结论所示。⋯表1遗传算法对上导法兰水导摆度采样数据正弦拟合优化结果从摆度采样序列中提取正弦信号参数是信号处理中一类重要的估计问题，其目的是用被噪声所污染的数据来估计正弦信号。本文提出的基于遗传算法的正弦波3参数拟合法，不仅实现了连续采样数据的正弦拟合，突破了传统等角8点盘车的局限，提高了精度；同时相对FFT法，基于遗传算法的正弦曲线拟和求解具有可以实现全局收敛和高精度的优点。吕j＼参考文献：钽[1]苟小军．张建伟，冯铁成．自动盘车装置在刘家峡水电厂的应用默[J]．水电能源科学，2008，26(1)：160—163．[2]张建生李明安．自动盘车装置在小浪底水力发电厂的应用[J]l水力发电，2002，12：38．40．『31史恩泽，齐经纬．太平湾电厂多点任意角盘车软件开发及功能相位／rad介绍[J]．水电站机电技术，2009，32(5)：22—24．图2法兰静摆度曲线和水导静摆度曲线[4]李军．龙滩水电站5号机组盘车与水导摆度处理[Jj_水电站机电由图2可以得出：法兰处最大摆度121I．zm；方技术，2009，32(4)：47—49．位26．4。；水导处最大摆度238m；方位43．4。。所[5]WangQJ．Usinggeneticalgorithmstooptimizemodelparameters，得的结果应用在实际轴线校正时效果良好，从而验[J]．EnvironmentalModelingandSoftware，1997，12(1)：27-34．证了本文所提出算法的可行性与合理性。(责任编辑高瑜)WaterPowerVo1．37No．10囫