منحنی بهینه قطع جریان برای کنترل اثرات ضربه قوچ: کاربرد ماشین های بردار پشتیبان

افزایش فشار یا موجی که در مایعات در حال حرکت پس از توقف یا تغییر مسیر ناگهانی رخ می دهد، معمولاً خطر آفرین است. هنگامی که شیری در مسیر حرکت به طور ناگهانی بسته می شود در اثر تغییر ناگهانی دبی، افزایش فشاری در پی خواهد داشت که ممکن است به ترکیدن لوله‏ در سیستم‏های انتقال و خرابی و شکسته شدن شیرها بیانجامد. این پدیده که به چکش آبی یا ضربه قوچ نیز مشهور است، به مواردی نظیر خصوصیات و سرعت سیال، مدول الاستیسیته لوله، ضخامت و طول خط لوله وابسته است. معمولاً نحوه بسته شدن شیرها در خطوط انتقال آب در حوادث ناگهانی از موضوعات چالش برانگیزی است که به دلیل اضطراری که در زمان بسته شدن شیر مطرح است، استفاده از مدلهای بهینه سازی و شبیه سازی در جهت تعیین منحنی بهینه بستن شیر به دلیل زمان بر بودن کارا نبوده و افزایش سرعت تصمیم گیری و ساده سازی مسأله به گونه ای که یک اپراتور معمولی بتواند در کوتاهترین زمان ممکن، تصمیمی گیری نماید امری اجتناب ناپذیر است. در این تحقیق کارایی ماشین های بردار پشتیبان برای نیل به امکان تصمیم گیری سریع و تسهیل شده در زمان واقعی مد نظر می باشد. با توجه به چگونگی آب رسانی به توربین با تغییر دبی، تغییردر سرعت حاصل می گردد که خود به مفهوم شتاب گرفتن یا کند شدن حرکت جرمی از آب در لوله های آب رسانی می باشد. شتاب گرفتن و کند شدن جرمی از آب درحال حرکت درون لوله ناشی ازنیرو هایی است که در خط لوله توسعه می یابند. به این پدیده کوبش آب یا ضربه قوچ(water hammer) می گویند. با توجه به اینکه نیروگاه های برق آبی در ساعاتی از روز که معمولاً شامل ساعات پیک مصرف برق می باشد برای جبران کمبود جریان برق، وارد مدار شبکه توزیع برق رسانی کشور می شوند و پس از انجام ماموریت محوله و تولید برق مصرفی باید از مدار خارج شوند؛ این خروج معمولاً به صورت ناگهانی وضرب العجلی صورت می گیرد، اپراتور نیروگاه می بایستی درمدّت زمانی بسیار اندک توربین ها را از حرکت بیاندازد و این کار مستلزم بستن دریچه ها وشیر های ورودی آب به توربین ها می باشد. بستن شیر های ورودی جریان آب باعث کاهش ناگهانی سرعت وافزایش ناگهانی فشار پشت شیر ها می گردد و پدیده ضربه قوچ با اثرات تخریبی و بسیار زیان بار را تولید می کند. فشار حاصله ممکن است به دو صورت مثبت و منفی پدید آید که فشار مثبت منجر به افزلیش حجم آب پشت شیر ها، انبساط و تخریب لوله های آب بر شوند و فشار منفی هم باعث ایجاد پدیده بخارزایی(cavitation) در لوله های انتقال می گردد. در این حالت بیشتر مقطع خط لوله را بخارآب یا هوا اشغال می کند. این سوال مطرح است که چنانچه زمان قطع جریان به دلایل مختلف ثابت باشد، چگونه می توان اثرات تخریبی و زیان آور پدیده ضربه قوچ را به کمک چگونگی قطع جریان به حداقل رساند؟ یکی از جدیدترین روش های پیش بینی وتخمین های احتمالاتی، دسته بندی وتفکیک داده های آماری وهمچنین مدل سازی و کنترل عدم قطعیت ها، توابع جداساز هوشمند در اهداف تشخیص الگو (کلاس بندی) یا برای انجام تخمین توابع در مسائل رگرسیون استفاده از ماشین های بردار پشتیبان (svms) می باشند. ایده ماشین های بردارپشتیبان برای اولین بار توسط یک محقق روسی به نام vapnik در سال 1992 و برپایه تئوری یادگیری آماری مطرح گردید و در چند سال اخیر کاربردهای مهمی در شاخه های مختلف علوم مهندسی به خصوص مهندسی برق وکامپیوترداشته است. ماشین های بردار پشتیبان یک طبقه بندی کننده دودویی غیرآماری است، که درآن توسط یک الگوریتم بهینه سازی نمونه هایی که مرزکلاس های مختلف داده ها راتشکیل می دهند بدست می آید وبا استفاده ازیک مرز تصمیم گیری، خطی بهینه را برای جدا کردن کلاس ها وتفکیک آن ها از هم محاسبه وارائه می دهند. ماشین های بردار پشتیبان به دودسته دو کلاسه وچند کلاسه تقسیم می شوندوهدف این دسته الگوریتم ها تشخیص و متمایزکردن الگوهای پیچیده درداده هاست که از طریق کلاسترینگ، دسته بندی، رنکینگ، پاکسازی وغیره امکان پذیراست نحوه بستن شیر در یک بازه زمانی مشخص از پارامترهایی است که نقش بسیار موثر و تعیین کننده ای در کاهش اثرات تخریبی ناشی از فشارهای مثبت و منفی بازی خواهد کرد. در این تحقیق منحنی بهینه بسته شدن شیر در ابتدا از طریق تلفیق مدل شبیه سازی پدیده ضربه قوچ و بهینه سازی مدل چندهدفه ارائه و به کمک نقاط بهینه واقع بر منحنی تبادل، با آموزش یک مدل هوشمند ماشین بردار پشتیبان، منحنی بسته شدن بهینه بدون نیاز به اجرای مدل شبیه سازی و بهینه سازی قابل پیش بینی خواهد بود.