CN117028129A - 基于物联网的同轴水轮机智能控制系统 - Google Patents

基于物联网的同轴水轮机智能控制系统 Download PDF

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CN117028129A
CN117028129A CN202311138500.7A CN202311138500A CN117028129A CN 117028129 A CN117028129 A CN 117028129A CN 202311138500 A CN202311138500 A CN 202311138500A CN 117028129 A CN117028129 A CN 117028129A
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张明杰
刘建华
王国辉
刘军杰
陈光力
齐爱军
张春生
李全杰
王书铭
于志恒
姜威
崔广忠
张士霞
潘广林
佟思政
王彦朝
杨乃木
李志刚
刘岩双
辛佳璇
王哲
杜克磊
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Huaneng Jilin Power Generation Co ltd
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Abstract

本发明涉及同轴水轮机智能控制领域，具体公开基于物联网的同轴水轮机智能控制系统，本发明通过获取目标水轮机导叶的适宜开度，根据目标水轮机导叶的当前开度和适宜开度，对目标水轮机的导叶进行调控，进而依据电网需求动态调节导叶开度；进一步判断目标水轮机导叶叶片是否存在故障并进行预警；获取目标水轮机转轮的适宜偏转角度和当前偏转角度，对目标水轮机的转轮进行调控，使转轮叶片的倾斜角与流速相适应，确保转轮叶片处于最佳角度；进一步判断目标水轮机的转轮是否存在故障并进行相应处理；从多个环节对水轮机进行智能化、跟随性的控制，提高水轮机的工作效率，使水能尽可能多的转化为机械能。

Description

基于物联网的同轴水轮机智能控制系统
技术领域
本发明涉及同轴水轮机智能控制领域，涉及到基于物联网的同轴水轮机智能控制系统。
背景技术
水力发电是我国电能供给的重要来源之一,在电网系统中担负着重要角色。水轮机是水力发电系统的重要组成部分，水轮机调节系统调节性能的好坏是影响电网系统频率性能的重要因素之一。因此对水轮机进行调节控制对于提高电力系统频率、稳定质量和提高电力系统稳定性具有十分重要的现实意义。
现有的水轮机控制方法存在一些不足之处:1、在对水轮机的导叶进行控制时，仅仅根据电网系统是否需要调度水力发电，即根据是否需要水轮机出力，进而控制水轮机导叶开启或者关闭，该种控制方法过于简单化，没有对水轮机导叶的开度进一步深入分析，导叶是水轮机中直接调节流量的过流部件，导叶开度直接影响水轮机的工作效率和水力发电性能，导叶开度过小，无法满足电力需求，导叶开度过大，造成水力发电产能过剩。
2、缺乏对水轮机导叶叶片的故障分析，当水轮机导叶未能开启或者水轮机导叶开度控制失灵，会使流经水轮机导叶叶片的水流流速异常，进而影响水力发电的效率。
3、缺乏对水轮机转轮偏转角度的控制，转轮是水轮机将水能转化为刚性机械能的核心部件，在水流的动能作用下，使转轮产生一个转矩，从而使水能转换为机械能。水轮机转轮叶片的倾斜角应该与水流流速相适应，转轮叶片的倾斜动作确保转轮叶片处于最佳角度，进而确保经过转轮叶片的水流流动的速度处于所有转轮叶片截面的最佳角度，从而实现水能利用率的最大化，尽可能的使水能全部转化为机械能。
4、缺乏对水轮机转轮叶片的故障分析，当转轮偏转角度失准或者转轮叶片变形，会使转轮转速异常，进而使得水轮机主轴转速异常，进而降低能量转化效率，影响水力发电性能，甚至存在安全隐患。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了基于物联网的同轴水轮机智能控制系统，实现对同轴水轮机智能控制的功能。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：本发明提供基于物联网的同轴水轮机智能控制系统，包括：水轮机导叶适宜开度获取模块：用于获取目标水轮机所在区域的发电需求信息，其中发电需求信息包括需求发电电量和需求发电功率，分析得到目标水轮机的出力系数，根据目标水轮机的出力系数，得到目标水轮机导叶的适宜开度。
水轮机导叶调控模块：用于获取目标水轮机导叶的当前开度，根据目标水轮机导叶的当前开度和适宜开度，对目标水轮机的导叶进行调控。
水轮机导叶故障监测模块:用于获取各水流检测点的水流流速，分析得到各水流检测点的流速匹配度，进一步判断目标水轮机各导叶叶片是否存在故障，若存在故障则进行预警，反之，则执行水轮机转轮适宜偏转角度获取模块。
水轮机转轮适宜偏转角度获取模块：用于根据各水流检测点的水流流速，分析得到目标水轮机转轮的适宜偏转角度。
水轮机转轮调控模块：用于获取目标水轮机转轮的当前偏转角度，根据目标水轮机转轮的当前偏转角度和适宜偏转角度，对目标水轮机的转轮进行调控。
水轮机转轮故障监测模块：用于获取监测周期内各采样时间点主轴的转速，分析得到目标水轮机的主轴转速吻合度，进一步判断目标水轮机的转轮是否存在故障，并进行相应处理。
数据库：用于存储水轮机导叶开度与水轮机出力系数之间的关系函数和水轮机导叶叶片张开角度的范围，并存储水轮机各导叶开度下各转轮偏转角度对应的主轴转速。
在上述实施例的基础上，所述水轮机导叶适宜开度获取模块的具体分析过程包括：通过目标水轮机所在区域的区域电网调度中心，获取目标水轮机所在区域的需求发电电量和需求发电功率，将其分别记为a和b。
通过分析公式得到目标水轮机的出力系数β，其中δ表示预设的目标水轮机出力系数修正因子，Δa、Δb分别表示预设的发电电量损失和发电功率损失，a设、b设分别表示预设的需求发电电量阈值和需求发电功率阈值，χ1、χ2分别表示预设的需求发电电量和需求发电功率的权重因子。
在上述实施例的基础上，所述水轮机导叶适宜开度获取模块的具体分析过程还包括：提取数据库中存储的水轮机导叶开度与水轮机出力系数之间的关系函数，将其记为水轮机导叶开度特征函数，将目标水轮机的出力系数代入水轮机导叶开度特征函数，得到目标水轮机出力系数对应的水轮机导叶开度，将其记为目标水轮机导叶的适宜开度。
在上述实施例的基础上，所述水轮机导叶调控模块的具体分析过程包括：通过水轮机蜗壳内部布设的各摄像头获取目标水轮机各导叶叶片的各角度实景图像，构建目标水轮机各导叶叶片的空间模型。
将目标水轮机各导叶叶片旋转轴的横截面中心点记为目标水轮机各导叶叶片的旋转定点，过目标水轮机各导叶叶片的旋转定点作平行于叶片横截面中横向轮廓线的平行线，将其记为目标水轮机各导叶叶片的中心线。
作目标水轮机各导叶叶片旋转定点对应的内接圆，将其记为目标水轮机导叶参考圆，过目标水轮机各导叶叶片的旋转定点作目标水轮机导叶参考圆的切线，将其记为目标水轮机各导叶叶片的参考切线，进一步过目标水轮机各导叶叶片的旋转定点作导叶叶片参考切线的垂线，将其记为目标水轮机各导叶叶片的基准线。
获取目标水轮机各导叶叶片的中心线与其基准线之间的夹角，将其记为目标水轮机各导叶叶片的张开角度，将其记为θi，i表示第i个导叶叶片的编号，i＝1,2,...,n。
提取数据库中存储的水轮机导叶叶片张开角度的范围，将水轮机导叶叶片张开角度范围的上限值记为θ限。
通过分析公式得到目标水轮机导叶的当前开度ε，其中Δε表示预设的导叶开度修正量，n表示水轮机中导叶叶片的数量。
在上述实施例的基础上，所述水轮机导叶调控模块的具体分析过程还包括：D1:将目标水轮机导叶的当前开度与适宜开度进行比较，若目标水轮机导叶的当前开度大于适宜开度，则目标水轮机导叶的调节趋向为减小，若目标水轮机导叶的当前开度小于适宜开度，则目标水轮机导叶的调节趋向为增大。
D2：将目标水轮机导叶的当前开度与适宜开度之间差值的绝对值作为目标水轮机导叶的调节校正量，根据目标水轮机导叶的调节趋向和调节校正量，对目标水轮机的导叶进行调控。
在上述实施例的基础上，所述水轮机导叶故障监测模块的具体分析过程为：按照预设的原则在目标水轮机导叶叶片下方的转轮室内壁布设各导叶叶片对应的水流检测点，将其记为各水流检测点，通过流速仪获取各水流检测点的水流流速，将其记为vc，c表示第c个水流检测点的编号，c＝1,2,...,f。
通过分析公式得到各水流检测点的流速匹配度φc，其中/>表示预设的流速匹配度修正因子，f表示水流检测点的数量，Δv表示预设的水流流速允许变化量。
将各水流检测点的流速匹配度与预设的流速匹配度阈值进行比较，若某水流检测点的流速匹配度小于预设的流速匹配度阈值，则将该水流检测点记为异常水流检测点，且异常水流检测点对应的导叶叶片存在故障，统计得到各异常水流检测点，将各异常水流检测点对应的导叶叶片记为各故障导叶叶片，将各故障导叶叶片的编号发送至目标水轮机监管中心，并进行预警。
在上述实施例的基础上，所述水轮机转轮适宜偏转角度获取模块的具体分析过程为：对各水流检测点的水流流速进行平均值计算，得到目标水轮机的相对水流流速。
将目标水轮机的相对水流流速与预设的各相对水流流速范围对应的水轮机转轮偏转角度进行比对，筛选得到目标水轮机相对水流流速对应的水轮机转轮偏转角度，将其记为目标水轮机转轮的适宜偏转角度。
在上述实施例的基础上，所述水轮机转轮调控模块的具体分析过程为:通过目标水轮机转轮室内布设的摄像头获取目标水轮机各转轮叶片的正视图像，按照预设的原则分别在目标水轮机各转轮叶片正视图像中选取第一边缘点和第二边缘点，将目标水轮机各转轮叶片的第一边缘点和第二边缘点进行连接，得到目标水轮机各转轮叶片的参考线，获取目标水轮机各转轮叶片的参考线与竖直方向基准线之间的夹角，将其记为目标水轮机各转轮叶片的偏转角度。
将目标水轮机各转轮叶片的偏转角度进行相互比较，得到目标水轮机转轮叶片偏转角度的中位数，将其记为目标水轮机转轮的当前偏转角度。
根据目标水轮机转轮的当前偏转角度和适宜偏转角度，得到目标水轮机转轮的调节趋向和调节校正量，对目标水轮机的转轮进行调控。
在上述实施例的基础上，所述水轮机转轮故障监测模块的具体过程包括：设定监测周期的时长，按照预设的等时间间隔原则在监测周期内设置各采样时间点，通过转速仪获取监测周期内各采样时间点主轴的转速，将其记为wj，j表示第j个采样时间点的编号，j＝1,2,...,m。
提取数据库中存储的水轮机各导叶开度下各转轮偏转角度对应的主轴转速，根据目标水轮机导叶的适宜开度和目标水轮机转轮的适宜偏转角度，筛选得到目标水轮机对应的主轴转速，将其记为w0。
在上述实施例的基础上，所述水轮机转轮故障监测模块的具体过程还包括：通过分析公式得到目标水轮机的主轴转速吻合度ξ，其中ψ表示预设的主轴转速吻合度修正因子，e表示自然常数，m表示采样时间点的数量，Δw表示预设的主轴转速允许偏差。
将目标水轮机的主轴转速吻合度与预设的主轴转速吻合度阈值进行比较，若目标水轮机的主轴转速吻合度小于预设的主轴转速吻合度阈值，则目标水轮机的转轮存在故障，进行预警，并将结果反馈给目标水轮机监管中心。
相对于现有技术，本发明所述的基于物联网的同轴水轮机智能控制系统以下有益效果：1、本发明提供的基于物联网的同轴水轮机智能控制系统，通过获取目标水轮机导叶的当前开度和适宜开度，对目标水轮机的导叶进行调控，依据电网需求动态调节导叶开度；获取目标水轮机转轮的适宜偏转角度和当前偏转角度，对目标水轮机的转轮进行调控，使转轮叶片的倾斜角与流速相适应，确保转轮叶片处于最佳角度；从多个环节对水轮机进行智能化、跟随性的控制，提高水轮机的工作效率，使水能尽可能多的转化为机械能。
2、本发明通过获取目标水轮机所在区域的发电需求信息，分析得到目标水轮机导叶的适宜开度，根据目标水轮机导叶的当前开度和适宜开度，对目标水轮机的导叶进行调控；依据电网需求动态调节导叶开度，防止水力发电供不应求或着产能过剩。
3、本发明通过获取各水流检测点的水流流速，判断目标水轮机导叶叶片是否存在故障并进行预警，依据流经导叶叶片的水流流速及时监测水轮机导叶是否故障，为水轮机的正常工作提供保障。
4、本发明通过目标水轮机转轮的当前偏转角度和适宜偏转角度，对目标水轮机的转轮进行调控；使转轮叶片的倾斜角与流速相适应，确保经过转轮叶片的水流流动的速度处于所有叶片截面的最佳角度，从而实现水能利用率的最大化，使水能尽可能多的转化为机械能。
5、本发明通过获取监测周期内各采样时间点主轴的转速，判断目标水轮机的转轮是否存在故障并进行相应处理；防止转轮偏转角度失准或者转轮叶片变形使得转轮转速异常，进而保证能量转化效率和水力发电性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的系统模块连接图。
图2为本发明的水轮机结构示意图。
图3为本发明的水轮机导叶叶片俯视图。
图4为本发明的水轮机转轮叶片正视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2所示，本发明提供基于物联网的同轴水轮机智能控制系统，包括水轮机导叶适宜开度获取模块、水轮机导叶调控模块、水轮机导叶故障监测模块、水轮机转轮适宜偏转角度获取模块、水轮机转轮调控模块、水轮机转轮故障监测模块和数据库。
所述水轮机导叶调控模块分别与水轮机导叶适宜开度获取模块和水轮机导叶故障监测模块连接，水轮机转轮适宜偏转角度获取模块分别与水轮机导叶故障监测模块和水轮机转轮调控模块连接，水轮机转轮故障监测模块与水轮机转轮调控模块连接，数据库分别与水轮机导叶适宜开度获取模块、水轮机导叶调控模块和水轮机转轮故障监测模块连接。
所述水轮机导叶适宜开度获取模块用于获取目标水轮机所在区域的发电需求信息，其中发电需求信息包括需求发电电量和需求发电功率，分析得到目标水轮机的出力系数，根据目标水轮机的出力系数，得到目标水轮机导叶的适宜开度。
进一步地，所述水轮机导叶适宜开度获取模块的具体分析过程包括：通过目标水轮机所在区域的区域电网调度中心，获取目标水轮机所在区域的需求发电电量和需求发电功率，将其分别记为a和b。
通过分析公式得到目标水轮机的出力系数β，其中δ表示预设的目标水轮机出力系数修正因子，Δa、Δb分别表示预设的发电电量损失和发电功率损失，a设、b设分别表示预设的需求发电电量阈值和需求发电功率阈值，χ1、χ2分别表示预设的需求发电电量和需求发电功率的权重因子。
进一步地，所述水轮机导叶适宜开度获取模块的具体分析过程还包括：提取数据库中存储的水轮机导叶开度与水轮机出力系数之间的关系函数，将其记为水轮机导叶开度特征函数，将目标水轮机的出力系数代入水轮机导叶开度特征函数，得到目标水轮机出力系数对应的水轮机导叶开度，将其记为目标水轮机导叶的适宜开度。
所述水轮机导叶调控模块用于获取目标水轮机导叶的当前开度，根据目标水轮机导叶的当前开度和适宜开度，对目标水轮机的导叶进行调控。
参阅图3所示，所述水轮机导叶调控模块的具体分析过程包括：通过水轮机蜗壳内部布设的各摄像头获取目标水轮机各导叶叶片的各角度实景图像，构建目标水轮机各导叶叶片的空间模型。
将目标水轮机各导叶叶片旋转轴的横截面中心点记为目标水轮机各导叶叶片的旋转定点，过目标水轮机各导叶叶片的旋转定点作平行于叶片横截面中横向轮廓线的平行线，将其记为目标水轮机各导叶叶片的中心线。
作目标水轮机各导叶叶片旋转定点对应的内接圆，将其记为目标水轮机导叶参考圆，过目标水轮机各导叶叶片的旋转定点作目标水轮机导叶参考圆的切线，将其记为目标水轮机各导叶叶片的参考切线，进一步过目标水轮机各导叶叶片的旋转定点作导叶叶片参考切线的垂线，将其记为目标水轮机各导叶叶片的基准线。
获取目标水轮机各导叶叶片的中心线与其基准线之间的夹角，将其记为目标水轮机各导叶叶片的张开角度，将其记为θi，i表示第i个导叶叶片的编号，i＝1,2,...,n。
提取数据库中存储的水轮机导叶叶片张开角度的范围，将水轮机导叶叶片张开角度范围的上限值记为θ限。
通过分析公式得到目标水轮机导叶的当前开度ε，其中Δε表示预设的导叶开度修正量，n表示水轮机中导叶叶片的数量。
作为一种优选方案，所述水轮机导叶张开角度的范围为
进一步地，所述水轮机导叶调控模块的具体分析过程还包括：D1:将目标水轮机导叶的当前开度与适宜开度进行比较，若目标水轮机导叶的当前开度大于适宜开度，则目标水轮机导叶的调节趋向为减小，若目标水轮机导叶的当前开度小于适宜开度，则目标水轮机导叶的调节趋向为增大。
D2：将目标水轮机导叶的当前开度与适宜开度之间差值的绝对值作为目标水轮机导叶的调节校正量，根据目标水轮机导叶的调节趋向和调节校正量，对目标水轮机的导叶进行调控。
需要说明的是，本发明通过获取目标水轮机所在区域的发电需求信息，分析得到目标水轮机导叶的适宜开度，根据目标水轮机导叶的当前开度和适宜开度，对目标水轮机的导叶进行调控；依据电网需求动态调节导叶开度，防止水力发电供不应求或着产能过剩。
所述水轮机导叶故障监测模块用于获取各水流检测点的水流流速，分析得到各水流检测点的流速匹配度，进一步判断目标水轮机各导叶叶片是否存在故障，若存在故障则进行预警，反之，则执行水轮机转轮适宜偏转角度获取模块。
进一步地，所述水轮机导叶故障监测模块的具体分析过程为：按照预设的原则在目标水轮机导叶叶片下方的转轮室内壁布设各导叶叶片对应的水流检测点，将其记为各水流检测点，通过流速仪获取各水流检测点的水流流速，将其记为vc，c表示第c个水流检测点的编号，c＝1,2,...,f。
通过分析公式得到各水流检测点的流速匹配度φc，其中/>表示预设的流速匹配度修正因子，f表示水流检测点的数量，Δv表示预设的水流流速允许变化量。
将各水流检测点的流速匹配度与预设的流速匹配度阈值进行比较，若某水流检测点的流速匹配度小于预设的流速匹配度阈值，则将该水流检测点记为异常水流检测点，且异常水流检测点对应的导叶叶片存在故障，统计得到各异常水流检测点，将各异常水流检测点对应的导叶叶片记为各故障导叶叶片，将各故障导叶叶片的编号发送至目标水轮机监管中心，并进行预警。
需要说明的是，本发明通过获取各水流检测点的水流流速，判断目标水轮机导叶叶片是否存在故障并进行预警，依据流经导叶叶片的水流流速及时监测水轮机导叶是否故障，为水轮机的正常工作提供保障。
所述水轮机转轮适宜偏转角度获取模块用于根据各水流检测点的水流流速，分析得到目标水轮机转轮的适宜偏转角度。
进一步地，所述水轮机转轮适宜偏转角度获取模块的具体分析过程为：对各水流检测点的水流流速进行平均值计算，得到目标水轮机的相对水流流速。
将目标水轮机的相对水流流速与预设的各相对水流流速范围对应的水轮机转轮偏转角度进行比对，筛选得到目标水轮机相对水流流速对应的水轮机转轮偏转角度，将其记为目标水轮机转轮的适宜偏转角度。
所述水轮机转轮调控模块用于获取目标水轮机转轮的当前偏转角度，根据目标水轮机转轮的当前偏转角度和适宜偏转角度，对目标水轮机的转轮进行调控。
参阅图4所示，所述水轮机转轮调控模块的具体分析过程为:通过目标水轮机转轮室内布设的摄像头获取目标水轮机各转轮叶片的正视图像，按照预设的原则分别在目标水轮机各转轮叶片正视图像中选取第一边缘点和第二边缘点，将目标水轮机各转轮叶片的第一边缘点和第二边缘点进行连接，得到目标水轮机各转轮叶片的参考线，获取目标水轮机各转轮叶片的参考线与竖直方向基准线之间的夹角，将其记为目标水轮机各转轮叶片的偏转角度。
将目标水轮机各转轮叶片的偏转角度进行相互比较，得到目标水轮机转轮叶片偏转角度的中位数，将其记为目标水轮机转轮的当前偏转角度。
根据目标水轮机转轮的当前偏转角度和适宜偏转角度，得到目标水轮机转轮的调节趋向和调节校正量，对目标水轮机的转轮进行调控。
作为一种优选方案，所述目标水轮机转轮的调节趋向和调节校正量的获取方法与目标水轮机导叶的调节趋向和调节校正量的获取方法相同。
需要说明的是，本发明通过目标水轮机转轮的当前偏转角度和适宜偏转角度，对目标水轮机的转轮进行调控；使转轮叶片的倾斜角与流速相适应，确保经过转轮叶片的水流流动的速度处于所有叶片截面的最佳角度，从而实现水能利用率的最大化，使水能尽可能多的转化为机械能。
所述水轮机转轮故障监测模块用于获取监测周期内各采样时间点主轴的转速，分析得到目标水轮机的主轴转速吻合度，进一步判断目标水轮机的转轮是否存在故障，并进行相应处理。
进一步地，所述水轮机转轮故障监测模块的具体过程包括：设定监测周期的时长，按照预设的等时间间隔原则在监测周期内设置各采样时间点，通过转速仪获取监测周期内各采样时间点主轴的转速，将其记为wj，j表示第j个采样时间点的编号，j＝1,2,...,m。
提取数据库中存储的水轮机各导叶开度下各转轮偏转角度对应的主轴转速，根据目标水轮机导叶的适宜开度和目标水轮机转轮的适宜偏转角度，筛选得到目标水轮机对应的主轴转速，将其记为w0。
进一步地，所述水轮机转轮故障监测模块的具体过程还包括：通过分析公式得到目标水轮机的主轴转速吻合度ξ，其中ψ表示预设的主轴转速吻合度修正因子，e表示自然常数，m表示采样时间点的数量，Δw表示预设的主轴转速允许偏差。
将目标水轮机的主轴转速吻合度与预设的主轴转速吻合度阈值进行比较，若目标水轮机的主轴转速吻合度小于预设的主轴转速吻合度阈值，则目标水轮机的转轮存在故障，进行预警，并将结果反馈给目标水轮机监管中心。
需要说明的是，本发明通过获取监测周期内各采样时间点主轴的转速，判断目标水轮机的转轮是否存在故障并进行相应处理；防止转轮偏转角度失准或者转轮叶片变形使得转轮转速异常，进而保证能量转化效率和水力发电性能。
所述数据库用于存储水轮机导叶开度与水轮机出力系数之间的关系函数和水轮机导叶叶片张开角度的范围，并存储水轮机各导叶开度下各转轮偏转角度对应的主轴转速。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于物联网的同轴水轮机智能控制系统，其特征在于，包括：
水轮机导叶适宜开度获取模块：用于获取目标水轮机所在区域的发电需求信息，其中发电需求信息包括需求发电电量和需求发电功率，分析得到目标水轮机的出力系数，根据目标水轮机的出力系数，得到目标水轮机导叶的适宜开度；
水轮机导叶调控模块：用于获取目标水轮机导叶的当前开度，根据目标水轮机导叶的当前开度和适宜开度，对目标水轮机的导叶进行调控；
水轮机导叶故障监测模块:用于获取各水流检测点的水流流速，分析得到各水流检测点的流速匹配度，进一步判断目标水轮机各导叶叶片是否存在故障，若存在故障则进行预警，反之，则执行水轮机转轮适宜偏转角度获取模块；
水轮机转轮适宜偏转角度获取模块：用于根据各水流检测点的水流流速，分析得到目标水轮机转轮的适宜偏转角度；
水轮机转轮调控模块：用于获取目标水轮机转轮的当前偏转角度，根据目标水轮机转轮的当前偏转角度和适宜偏转角度，对目标水轮机的转轮进行调控；
水轮机转轮故障监测模块：用于获取监测周期内各采样时间点主轴的转速，分析得到目标水轮机的主轴转速吻合度，进一步判断目标水轮机的转轮是否存在故障，并进行相应处理；
数据库：用于存储水轮机导叶开度与水轮机出力系数之间的关系函数和水轮机导叶叶片张开角度的范围，并存储水轮机各导叶开度下各转轮偏转角度对应的主轴转速。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的同轴水轮机智能控制系统，其特征在于：所述水轮机导叶适宜开度获取模块的具体分析过程包括：
通过目标水轮机所在区域的区域电网调度中心，获取目标水轮机所在区域的需求发电电量和需求发电功率，将其分别记为a和b；
通过分析公式得到目标水轮机的出力系数β，其中δ表示预设的目标水轮机出力系数修正因子，Δa、Δb分别表示预设的发电电量损失和发电功率损失，a设、b设分别表示预设的需求发电电量阈值和需求发电功率阈值，χ1、χ2分别表示预设的需求发电电量和需求发电功率的权重因子。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的同轴水轮机智能控制系统，其特征在于：所述水轮机导叶适宜开度获取模块的具体分析过程还包括：
提取数据库中存储的水轮机导叶开度与水轮机出力系数之间的关系函数，将其记为水轮机导叶开度特征函数，将目标水轮机的出力系数代入水轮机导叶开度特征函数，得到目标水轮机出力系数对应的水轮机导叶开度，将其记为目标水轮机导叶的适宜开度。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的同轴水轮机智能控制系统，其特征在于：所述水轮机导叶调控模块的具体分析过程包括：
通过水轮机蜗壳内部布设的各摄像头获取目标水轮机各导叶叶片的各角度实景图像，构建目标水轮机各导叶叶片的空间模型；
将目标水轮机各导叶叶片旋转轴的横截面中心点记为目标水轮机各导叶叶片的旋转定点，过目标水轮机各导叶叶片的旋转定点作平行于叶片横截面中横向轮廓线的平行线，将其记为目标水轮机各导叶叶片的中心线；
作目标水轮机各导叶叶片旋转定点对应的内接圆，将其记为目标水轮机导叶参考圆，过目标水轮机各导叶叶片的旋转定点作目标水轮机导叶参考圆的切线，将其记为目标水轮机各导叶叶片的参考切线，进一步过目标水轮机各导叶叶片的旋转定点作导叶叶片参考切线的垂线，将其记为目标水轮机各导叶叶片的基准线；
获取目标水轮机各导叶叶片的中心线与其基准线之间的夹角，将其记为目标水轮机各导叶叶片的张开角度，将其记为θi，i表示第i个导叶叶片的编号，i＝1,2,...,n；
提取数据库中存储的水轮机导叶叶片张开角度的范围，将水轮机导叶叶片张开角度范围的上限值记为θ限；
通过分析公式得到目标水轮机导叶的当前开度ε，其中Δε表示预设的导叶开度修正量，n表示水轮机中导叶叶片的数量。
5.根据权利要求4所述的基于物联网的同轴水轮机智能控制系统，其特征在于：所述水轮机导叶调控模块的具体分析过程还包括：
D1:将目标水轮机导叶的当前开度与适宜开度进行比较，若目标水轮机导叶的当前开度大于适宜开度，则目标水轮机导叶的调节趋向为减小，若目标水轮机导叶的当前开度小于适宜开度，则目标水轮机导叶的调节趋向为增大；
D2：将目标水轮机导叶的当前开度与适宜开度之间差值的绝对值作为目标水轮机导叶的调节校正量，根据目标水轮机导叶的调节趋向和调节校正量，对目标水轮机的导叶进行调控。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的同轴水轮机智能控制系统，其特征在于：所述水轮机导叶故障监测模块的具体分析过程为：
按照预设的原则在目标水轮机导叶叶片下方的转轮室内壁布设各导叶叶片对应的水流检测点，将其记为各水流检测点，通过流速仪获取各水流检测点的水流流速，将其记为vc，c表示第c个水流检测点的编号，c＝1,2,...,f；
通过分析公式得到各水流检测点的流速匹配度φc，其中/>表示预设的流速匹配度修正因子，f表示水流检测点的数量，Δv表示预设的水流流速允许变化量；
将各水流检测点的流速匹配度与预设的流速匹配度阈值进行比较，若某水流检测点的流速匹配度小于预设的流速匹配度阈值，则将该水流检测点记为异常水流检测点，且异常水流检测点对应的导叶叶片存在故障，统计得到各异常水流检测点，将各异常水流检测点对应的导叶叶片记为各故障导叶叶片，将各故障导叶叶片的编号发送至目标水轮机监管中心，并进行预警。
7.根据权利要求1所述的基于物联网的同轴水轮机智能控制系统，其特征在于：所述水轮机转轮适宜偏转角度获取模块的具体分析过程为：
对各水流检测点的水流流速进行平均值计算，得到目标水轮机的相对水流流速；
将目标水轮机的相对水流流速与预设的各相对水流流速范围对应的水轮机转轮偏转角度进行比对，筛选得到目标水轮机相对水流流速对应的水轮机转轮偏转角度，将其记为目标水轮机转轮的适宜偏转角度。
8.根据权利要求1所述的基于物联网的同轴水轮机智能控制系统，其特征在于：所述水轮机转轮调控模块的具体分析过程为:
通过目标水轮机转轮室内布设的摄像头获取目标水轮机各转轮叶片的正视图像，按照预设的原则分别在目标水轮机各转轮叶片正视图像中选取第一边缘点和第二边缘点，将目标水轮机各转轮叶片的第一边缘点和第二边缘点进行连接，得到目标水轮机各转轮叶片的参考线，获取目标水轮机各转轮叶片的参考线与竖直方向基准线之间的夹角，将其记为目标水轮机各转轮叶片的偏转角度；
将目标水轮机各转轮叶片的偏转角度进行相互比较，得到目标水轮机转轮叶片偏转角度的中位数，将其记为目标水轮机转轮的当前偏转角度；
根据目标水轮机转轮的当前偏转角度和适宜偏转角度，得到目标水轮机转轮的调节趋向和调节校正量，对目标水轮机的转轮进行调控。
9.根据权利要求1所述的基于物联网的同轴水轮机智能控制系统，其特征在于：所述水轮机转轮故障监测模块的具体过程包括：
设定监测周期的时长，按照预设的等时间间隔原则在监测周期内设置各采样时间点，通过转速仪获取监测周期内各采样时间点主轴的转速，将其记为wj，j表示第j个采样时间点的编号，j＝1,2,...,m；
提取数据库中存储的水轮机各导叶开度下各转轮偏转角度对应的主轴转速，根据目标水轮机导叶的适宜开度和目标水轮机转轮的适宜偏转角度，筛选得到目标水轮机对应的主轴转速，将其记为w0。
10.根据权利要求9所述的基于物联网的同轴水轮机智能控制系统，其特征在于：所述水轮机转轮故障监测模块的具体过程还包括：
通过分析公式得到目标水轮机的主轴转速吻合度ξ，其中ψ表示预设的主轴转速吻合度修正因子，e表示自然常数，m表示采样时间点的数量，Δw表示预设的主轴转速允许偏差；
将目标水轮机的主轴转速吻合度与预设的主轴转速吻合度阈值进行比较，若目标水轮机的主轴转速吻合度小于预设的主轴转速吻合度阈值，则目标水轮机的转轮存在故障，进行预警，并将结果反馈给目标水轮机监管中心。
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