計算機輔助技術在水輪機綜合特效曲線生成中的應用
工程技術
作者：李一鳳
【摘要】在電子信息發展迅速的現在，我國對於電力的需求越來越大，在我國電力需求的強烈拉動下，水力發電已經成為我國電力提供的重要技術，其中水輪機及輔機是重要的水電設備，是水力發電行業必不可少的組成部分。在水力發電站中，水輪機的設計及係統調節主要依賴於水輪機的模型綜合特性曲線，而這些綜合特性曲線大多以圖形的形式表現出來，繪製圖形需要記錄一些數據後進行圖形繪製，數據的錄入以人工讀取數據後錄入計算機，此方法工作繁瑣，工作量多，數據采集誤差大。本研究利用計算機快速準確的特性進行采集，適應個性化需求高、刷新頻率快的特性曲線的快速處理，同時，計算機進行數據采集也適合其他圖形的繪製。
【關鍵詞】數據采集；特性曲線；計算機采樣
計算機測試係統由硬件和軟件兩部分組成。軟件部分以硬件部分為基礎，硬件部分要根據軟件部分的要求進行適當的調整和改善。計算機輔助技術（CAT）作為一門綜合性技術，在水輪機的內部模擬中應用廣泛，但水輪機內部係統並不是簡單的原件，所以暫時沒有準確且有效的數學方法進行分析並進行描述。所以對於水輪機的能量特性仍然需要通過模擬實驗進行確定，這種方法也是水輪機設計的依據。水輪機的特性曲線一般通過模型特性曲線上的數據采集，然後進行模擬，再通過當前的實際情況進行適當調整最終得出。
1.計算機輔助技術對於特性圖數據的采集
使用計算機輔助技術進行水輪機模型綜合特性曲線的數據采集需要將原有圖形進行掃描，同時將掃描的圖形以圖形文件的格式保存在計算機裏。但是由於掃描錄入，掃描的圖形坐標會與水輪機的參數坐標不一致，所以計算出兩個做標間的對應關係並進行相應的換算，使兩個圖形坐標一致，而這個環節是利用計算機輔助作用進行數據采集的重要環節之一。由於掃描圖形坐標與水輪機參數坐標不一致，必須對兩種坐標分別取相同條件下的幾個點後進行一係列換算，從而得出兩個坐標之間的對應關係，並根據得出的對應關係，對整體的圖形坐標進行換算。
2.計算機輔助技術對於數據采集速度的提高
水輪機在實際運行及模擬仿真運行時，其所有被測參數都是隨著不同時刻情況的變化而變化的，變化的幅度不是一個等值的變化過程，而是一個幅度不同的變化過程。為了使數據采集係統的準確度提高，必須提高數據的采集速度，使其測量值盡可能的接近運行下的情況。對於優秀的數據采集軟件來說，不應具有局限性，而是可以同時滿足多種情況的圖形數據采集，並且具備速度快，準確性高等優質特性。
3.水輪機綜合特性曲線的模擬
由於水輪機具有不同類型，水輪機在選定不同類型時，數據采集軟件對於采集到的水輪機綜合特性曲線數據也需要一定的數值進行模擬並給與一定的描述。而對於水輪機數據的數值模擬和描述，通常使用的方法（最小二乘法等）對於大多數單調曲線的描述已經足夠用，但是這種方法對於封閉式曲線沒有效果。所以對於封閉式曲線的數據模擬和描述，大多采用分段式模擬的方法，但是這種方法比較繁瑣，所以並不常用。
用這種方法對於水輪機模擬特性曲線的模擬時由於出現效率大於最優效率的錯誤（圖形表示為曲線拱高過大），再者，水輪機綜合特性曲線模擬的正確性不僅取決於過型值點的逼近性，而且還取決於所取該節點的疏密程度。由於上述原因，為此我們采用三次序號參變量樣條磨光法[1]。三次序號參變量樣條磨光法不僅具有非常高的型值點逼進性，而且具有保凸性，保尖性，而且對於大間距型值點節點也十分合適。在對於水輪機綜合特性曲線的模擬采樣中，為了確定模擬情況的準確性，於是在設計的數據采集軟件中設置了被采集水輪機綜合特性曲線上繪製出經過模擬後的曲線，使兩條綜合特征曲線在一個坐標內表現出來，工作人員可以直接進行比對通過鼠標的單擊用來確定工作人員對於模擬出來的特征曲線的準確性是否滿意。如果得出的結果並不理想，可以通過計算機重新對節點進行選取，並將節點數選擇直到滿足所要求的情況為止。這種方法可以保證節點選取的合理性，同時也可以減少工作人員為達到準確的模擬而進行的反複采集數據的次數，可以大大減輕工作人員的工作量，並大大的提高準確性。除此之外，為了減少達到準確擬合的反複采集數據的次數，節點一般選擇近似等距的辦法，但是在變化情況劇烈的曲線線段中，其間距可以選擇稠密一些，而在變化情況比較穩定的曲線線段中，其間距可以選擇稀疏一些。