基于鲁棒预定义时间分数阶滑模控制的水轮机调节系统性能优化研究

本文创新性地将鲁棒预定义时间分数阶滑模控制（Robust predefined-time fractional-order sliding mode control）应用于水轮机调节系统（HTGS），显著提升了系统动态响应性能和抗干扰能力。研究通过理论推导和数值仿真验证了该方法在复杂工况下的优越性，为水电系统稳定控制提供了新思路。

　　

Highlight

研究区域

舟山群岛（见图1）位于浙江省东北部，长江口以南、杭州湾以东，海域面积22,000 km²，拥有中国20%的岛屿数量。该区域以半日潮为主导，平均潮差1.9-3.3米，最大潮差达3.7-5.0米。

TSE_n指数

潮汐流可开发性指数（Tidal Stream Exploitability, TSE）经改进后适用于深水多向流环境。该指数通过特征流速（V_c）和特征水深（h_c）计算，其中V_c取涨落潮中期垂向平均流速（V_f和V_e）的均值，h为潮中水位深度，并引入水深惩罚函数f(h)进行修正。

结果与讨论

模型验证后，将TSE_n指数应用于舟山水域。西堠门水道（Xihoumen Channel）的理论潮汐能评估显示：功率密度>0.06 kW/m²和4.0 kW/m²的海域面积分别为88.90 km²和0.38 km²。峰值TSE_n点年发电量达25.18 MWh/m²。

结论

研究通过高分辨率数值模型验证了改进TSE指数在深水区的适用性。西堠门水道表现出优异的定向一致性（rectilinear flow），10台Seagen-S 2 MW机组采用交错布局时，春-小潮周期内平均效率（η=0.37）、可用率（0.72）、容量系数（0.47）和发电量（245.41 MWh）均达到商业化开发标准。