diff --git a/KW Arriach loop.py b/KW Arriach loop.py new file mode 100644 index 0000000..7a08ba9 --- /dev/null +++ b/KW Arriach loop.py @@ -0,0 +1,323 @@ +import os +import sys +from datetime import datetime + +import matplotlib.pyplot as plt +import numpy as np + +current = os.path.dirname(os.path.realpath('Main_Programm.ipynb')) +parent = os.path.dirname(current) +sys.path.append(parent) +from Ausgleichsbecken.Ausgleichsbecken_class_file import Ausgleichsbecken_class +from Druckrohrleitung.Druckrohrleitung_class_file import Druckrohrleitung_class +from functions.pressure_conversion import pressure_conversion +from Kraftwerk.Kraftwerk_class_file import Kraftwerk_class +from Regler.Regler_class_file import PI_controller_class +from Turbinen.Turbinen_class_file import Francis_Turbine + +Area_list = np.round(np.arange(40.,90.,5.),1) +Kp_list = np.round(np.arange(0.1,3.0,0.2),1) +Ti_list = np.round(np.arange(10.,300.,10.),1) + +for i in range(np.size(Area_list)): + for j in range(np.size(Kp_list)): + for k in range(np.size(Ti_list)): + now = datetime.now() + current_time = now.strftime("%H:%M:%S") + print("Current Time =", current_time) + + print('i = ',i, '/ ', str(np.size(Area_list)-1)) + print('j = ',j, '/ ', str(np.size(Kp_list)-1)) + print('k = ',k, '/ ', str(np.size(Ti_list)-1)) + print('area = ',Area_list[i]) + print('K_p = ',Kp_list[j]) + print('T_i = ',Ti_list[k]) + + with open('log.txt','a') as f: + f.write("Current Time =" + current_time + '\n') + f.write('i = '+str(i)+ '/ '+ str(np.size(Area_list)-1)+ '\n') + f.write('j = '+str(j)+ '/ '+ str(np.size(Kp_list)-1)+ '\n') + f.write('k = '+str(k)+ '/ '+ str(np.size(Ti_list)-1)+ '\n') + f.write('area = '+str(Area_list[i])+ '\n') + f.write('K_p = '+str(Kp_list[j])+ '\n') + f.write('T_i = '+str(Ti_list[k])+ '\n') + + + # define constants + + # for physics + g = 9.81 # [m/s²] gravitational acceleration + rho = 0.9982067*1e3 # [kg/m³] density of water + pUnit_calc = 'Pa' # [string] DO NOT CHANGE! for pressure conversion in print statements and plot labels + pUnit_conv = 'mWS' # [string] for pressure conversion in print statements and plot labels + + # for KW OL + OL_T1_Q_nenn = 1.7 # [m³/s] nominal flux of turbine + OL_T1_p_nenn = pressure_conversion(1,'bar',pUnit_calc) # [Pa] nominal pressure of turbine ## p_nenn wird konstant gehalten, Wert ist also fiktiv + OL_p_pseudo = 1.1*OL_T1_p_nenn # ficticious pressure applied to OL turbines to avoid LA>1 error caused by unfortunate rounding + OL_T1_closingTime = 30. # [s] closing time of turbine + + # simulation of "Bacheinzug" + OL_T2_Q_nenn = 1.5 # [m³/s] nominal flux of turbine + OL_T2_p_nenn = pressure_conversion(1,'bar',pUnit_calc) # [Pa] nominal pressure of turbine ## p_nenn wird konstant gehalten, Wert ist also fiktiv + OL_T2_closingTime = 600. # [s] closing time of turbine + + # for KW UL + UL_T1_Q_nenn = 1.6 # [m³/s] nominal flux of turbine + UL_T1_p_nenn = pressure_conversion(60.,'mWS',pUnit_calc) # [Pa] nominal pressure of turbine + UL_T1_closingTime = 30. # [s] closing time of turbine + + UL_T2_Q_nenn = 1.6 # [m³/s] nominal flux of turbine + UL_T2_p_nenn = pressure_conversion(60.,'mWS',pUnit_calc) # [Pa] nominal pressure of turbine + UL_T2_closingTime = 30. # [s] closing time of turbine + + # for PI controller + Con_targetLevel = 1.25 # [m] + Con_K_p = Kp_list[j] # [-] proportional constant of PI controller + Con_T_i = Ti_list[k] # [s] timespan in which a steady state error is corrected by the intergal term + Con_deadbandRange = 0.00 # [m] Deadband range around targetLevel for which the controller does NOT intervene + + # for pipeline + Pip_length = 2300. # [m] length of pipeline + Pip_dia = 1.5 # [m] diameter of pipeline + Pip_area = Pip_dia**2/4*np.pi # [m²] crossectional area of pipeline + Pip_head = 68. # [m] hydraulic head of pipeline without reservoir + Pip_angle = np.arcsin(Pip_head/Pip_length) # [rad] elevation angle of pipeline + Pip_n_seg = 50 # [-] number of pipe segments in discretization + Pip_f_D = 0.015 # [-] Darcy friction factor + Pip_pw_vel = 600. # [m/s] propagation velocity of the pressure wave (pw) in the given pipeline + # derivatives of the pipeline constants + Pip_dx = Pip_length/Pip_n_seg # [m] length of each pipe segment + Pip_dt = Pip_dx/Pip_pw_vel # [s] timestep according to method of characteristics + Pip_nn = Pip_n_seg+1 # [1] number of nodes + Pip_x_vec = np.arange(0,Pip_nn,1)*Pip_dx # [m] vector holding the distance of each node from the upstream reservoir along the pipeline + Pip_h_vec = np.arange(0,Pip_nn,1)*Pip_head/Pip_n_seg # [m] vector holding the vertival distance of each node from the upstream reservoir + + # for reservoir + Res_area_base = Area_list[i] # [m²] total base are of the cuboid reservoir + Res_area_out = Pip_area # [m²] outflux area of the reservoir, given by pipeline area + Res_level_crit_lo = Con_targetLevel-0.5 # [m] for yet-to-be-implemented warnings + Res_level_crit_hi = np.inf # [m] for yet-to-be-implemented warnings + Res_dt_approx = 1e-3 # [s] approx. timestep of reservoir time evolution to ensure numerical stability (see Res_nt why approx.) + Res_nt = max(1,int(Pip_dt//Res_dt_approx)) # [1] number of timesteps of the reservoir time evolution within one timestep of the pipeline + Res_dt = Pip_dt/Res_nt # [s] harmonised timestep of reservoir time evolution + + # for general simulation + # flux_init = OL_T1_Q_nenn+OL_T2_Q_nenn # [m³/s] initial flux through whole system for steady state initialization + OL_LAs_init = [1./1.1,0.3] # [vec] initial guide vane openings of OL-KW + level_init = Con_targetLevel # [m] initial water level in upstream reservoir for steady state initialization + simTime_target = 1200. # [s] target for total simulation time (will vary slightly to fit with Pip_dt) + nt = int(simTime_target//Pip_dt) # [1] Number of timesteps of the whole system + t_vec = np.arange(0,nt+1,1)*Pip_dt # [s] time vector. At each step of t_vec the system parameters are stored + + # create objects + + # influx setting turbines + OL_T1 = Francis_Turbine(OL_T1_Q_nenn,OL_T1_p_nenn,OL_T1_closingTime,Pip_dt,pUnit_conv) + OL_T2 = Francis_Turbine(OL_T2_Q_nenn,OL_T2_p_nenn,OL_T2_closingTime,Pip_dt,pUnit_conv) + + KW_OL = Kraftwerk_class() + KW_OL.add_turbine(OL_T1) + KW_OL.add_turbine(OL_T2) + + KW_OL.set_steady_state_by_LA(OL_LAs_init,OL_p_pseudo) + + flux_init = KW_OL.get_current_Q() + + # Upstream reservoir + reservoir = Ausgleichsbecken_class(Res_area_base,Res_area_out,Res_dt,pUnit_conv,Res_level_crit_lo,Res_level_crit_hi,rho) + reservoir.set_steady_state(flux_init,level_init) + + # pipeline + pipe = Druckrohrleitung_class(Pip_length,Pip_dia,Pip_head,Pip_n_seg,Pip_f_D,Pip_pw_vel,Pip_dt,pUnit_conv,rho) + pipe.set_steady_state(flux_init,reservoir.get_current_pressure()) + + # downstream turbines + UL_T1 = Francis_Turbine(UL_T1_Q_nenn,UL_T1_p_nenn,UL_T1_closingTime,Pip_dt,pUnit_conv) + UL_T2 = Francis_Turbine(UL_T2_Q_nenn,UL_T2_p_nenn,UL_T2_closingTime,Pip_dt,pUnit_conv) + + KW_UL = Kraftwerk_class() + KW_UL.add_turbine(UL_T1) + KW_UL.add_turbine(UL_T2) + + KW_UL.set_steady_state_by_flux(flux_init,pipe.get_current_pressure_distribution()[-1]) + + # level controller + level_control = PI_controller_class(Con_targetLevel,Con_deadbandRange,Con_K_p,Con_T_i,Pip_dt) + level_control.set_control_variable(UL_T1.get_current_LA(),display_warning=False) + + # initialization for Timeloop + + # pipeline + v_old = pipe.get_current_velocity_distribution() # storing the velocity from the last timestep + v_min = pipe.get_lowest_velocity_per_node() # storing minimal flux velocity at each node + v_max = pipe.get_highest_velocity_per_node() # storing maximal flux velocity at each node + Q_old = pipe.get_current_flux_distribution() # storing the flux from the last timestep + Q_min = pipe.get_lowest_flux_per_node() # storing minimal flux at each node + Q_max = pipe.get_highest_flux_per_node() # storing maximal flux at each node + p_old = pipe.get_current_pressure_distribution() # storing the pressure from the last timestep + p_min = pipe.get_lowest_pressure_per_node() # storing minimal pressure at each node + p_max = pipe.get_highest_pressure_per_node() # storing maximal pressure at each node + p_0 = pipe.get_initial_pressure_distribution() # storing initial pressure at each node + + v_boundary_res = np.zeros_like(t_vec) # storing the boundary velocity at the reservoir + v_boundary_tur = np.zeros_like(t_vec) # storing the boundary velocity at the turbine + Q_boundary_res = np.zeros_like(t_vec) # storing the boundary flux at the reservoir + Q_boundary_tur = np.zeros_like(t_vec) # storing the boundary flux at the turbine + p_boundary_res = np.zeros_like(t_vec) # storing the boundary pressure at the reservoir + p_boundary_tur = np.zeros_like(t_vec) # storing the boundary pressure at the turbine + + v_boundary_res[0] = v_old[0] # storing the initial value for the boundary velocity at the reservoir + v_boundary_tur[0] = v_old[-1] # storing the initial value for the boundary velocity at the turbine + Q_boundary_res[0] = Q_old[0] # storing the initial value for the boundary flux at the reservoir + Q_boundary_tur[0] = Q_old[-1] # storing the initial value for the boundary flux at the turbine + p_boundary_res[0] = p_old[0] # storing the initial value for the boundary pressure at the reservoir + p_boundary_tur[0] = p_old[-1] # storing the initial value for the boundary pressure at the turbine + + # reservoir + Q_in_vec = np.zeros_like(t_vec) # storing the influx to the reservoir + Q_in_vec[0] = flux_init # storing the initial influx to the reservoir + # Outflux from reservoir is stored in Q_boundary_res + level_vec = np.zeros_like(t_vec) # storing the level in the reservoir at the end of each pipeline timestep + level_vec[0] = level_init # storing the initial level in the reservoir + volume_vec = np.zeros_like(t_vec) # storing the volume in the reservoir at the end of each pipeline timestep + volume_vec[0] = reservoir.get_current_volume() # storing the initial volume in the reservoir + + # OL KW + # manual input to modulate influx + OL_T1_LA_soll_vec = np.full_like(t_vec,OL_T1.get_current_LA()) # storing the target value for the guide van opening + OL_T1_LA_soll_vec[np.argmin(np.abs(t_vec-100)):] = 0. + OL_T1_LA_soll_vec[np.argmin(np.abs(t_vec-600)):] = OL_T1_LA_soll_vec[0] + + OL_T2_LA_soll_vec = np.full_like(t_vec,OL_T2.get_current_LA()) # storing the target value for the guide van opening + + OL_T1_LA_ist_vec = np.zeros_like(t_vec) # storing the actual value of the guide vane opening + OL_T1_LA_ist_vec[0] = OL_T1.get_current_LA() # storing the initial value of the guide vane opening + + OL_T2_LA_ist_vec = np.zeros_like(t_vec) # storing the actual value of the guide vane opening + OL_T2_LA_ist_vec[0] = OL_T2.get_current_LA() # storing the initial value of the guide vane opening + + # UL KW + UL_T1_LA_soll_vec = np.zeros_like(t_vec) # storing the target value of the guide vane opening + UL_T1_LA_soll_vec[0] = UL_T1.get_current_LA() + + UL_T2_LA_soll_vec = np.zeros_like(t_vec) # storing the target value of the guide vane opening + UL_T2_LA_soll_vec[0] = UL_T2.get_current_LA() + + UL_T1_LA_ist_vec = np.zeros_like(t_vec) # storing the actual value of the guide vane opening + UL_T1_LA_ist_vec[0] = UL_T1.get_current_LA() # storing the initial value of the guide vane opening + + UL_T2_LA_ist_vec = np.zeros_like(t_vec) # storing the actual value of the guide vane opening + UL_T2_LA_ist_vec[0] = UL_T2.get_current_LA() # storing the initial value of the guide vane opening + + # time loop + # needed for turbine convergence + convergence_parameters = [p_old[-2],v_old[-2],Pip_dia,Pip_area,Pip_angle,Pip_f_D,Pip_pw_vel,rho,Pip_dt,p_old[-1]] + + # loop through time steps of the pipeline + for it_pipe in range(1,nt+1): + + KW_OL.update_LAs([OL_T1_LA_soll_vec[it_pipe],OL_T2_LA_soll_vec[it_pipe]]) + KW_OL.set_pressure(OL_p_pseudo) + Q_in_vec[it_pipe] = KW_OL.get_current_Q() + reservoir.set_influx(Q_in_vec[it_pipe]) + + # for each pipeline timestep, execute Res_nt timesteps of the reservoir code + # set initial condition for the reservoir time evolution calculted with the timestep_reservoir_evolution() method + reservoir.set_pressure(p_old[0],display_warning=False) + reservoir.set_outflux(Q_old[0],display_warning=False) + # calculate the time evolution of the reservoir level within each pipeline timestep to avoid runaway numerical error + for it_res in range(Res_nt): + reservoir.timestep_reservoir_evolution() + level_vec[it_pipe] = reservoir.get_current_level() + volume_vec[it_pipe] = reservoir.get_current_volume() + + level_control.update_control_variable(level_vec[it_pipe]) + UL_T1_LA_soll_vec[it_pipe] = level_control.get_current_control_variable() + UL_T2_LA_soll_vec[it_pipe] = level_control.get_current_control_variable() + + # change the guide vane opening based on the target value and closing time limitation + KW_UL.update_LAs([UL_T1_LA_soll_vec[it_pipe],UL_T2_LA_soll_vec[it_pipe]]) + OL_T1_LA_ist_vec[it_pipe], OL_T2_LA_ist_vec[it_pipe] = KW_OL.get_current_LAs() + UL_T1_LA_ist_vec[it_pipe], UL_T2_LA_ist_vec[it_pipe] = KW_UL.get_current_LAs() + + # set boundary condition for the next timestep of the characteristic method + convergence_parameters[0] = p_old[-2] + convergence_parameters[1] = v_old[-2] + convergence_parameters[9] = p_old[-1] + KW_UL.set_pressure(p_old[-1]) + KW_UL.converge(convergence_parameters) + p_boundary_res[it_pipe] = reservoir.get_current_pressure() + v_boundary_tur[it_pipe] = 1/Pip_area*KW_UL.get_current_Q() + Q_boundary_tur[it_pipe] = KW_UL.get_current_Q() + + # the the boundary condition in the pipe.object and thereby calculate boundary pressure at turbine + pipe.set_boundary_conditions_next_timestep(p_boundary_res[it_pipe],v_boundary_tur[it_pipe]) + # pipe.v[0] = (0.8*pipe.v[0]+0.2*reservoir.get_current_outflux()/Res_area_out) # unnecessary + p_boundary_tur[it_pipe] = pipe.get_current_pressure_distribution()[-1] + v_boundary_res[it_pipe] = pipe.get_current_velocity_distribution()[0] + Q_boundary_res[it_pipe] = pipe.get_current_flux_distribution()[0] + + # perform the next timestep via the characteristic method + pipe.timestep_characteristic_method_vectorized() + + # prepare for next loop + p_old = pipe.get_current_pressure_distribution() + v_old = pipe.get_current_velocity_distribution() + Q_old = pipe.get_current_flux_distribution() + + level_plot_min = 0 + level_plot_max = 3 + volume_plot_min = level_plot_min*Res_area_base + volume_plot_max = level_plot_max*Res_area_base + + fig3,axs3 = plt.subplots(2,2,figsize=(16,9)) + fig3.suptitle('Fläche = '+str(Res_area_base)+'\n'+'Kp = '+str(Con_K_p)+' Ti = '+str(Con_T_i)) + axs3[0,0].set_title('Level and Volume reservoir') + axs3[0,0].plot(t_vec,level_vec,label='level') + axs3[0,0].plot(t_vec,np.full_like(t_vec,Res_level_crit_lo),label='level_min',c='r') + axs3[0,0].set_xlabel(r'$t$ [$\mathrm{s}$]') + axs3[0,0].set_ylabel(r'$h$ [m]') + axs3[0,0].set_ylim(level_plot_min,level_plot_max) + x_twin_00 = axs3[0,0].twinx() + x_twin_00.set_ylabel(r'$V$ [$\mathrm{m}^3$]') + x_twin_00.plot(t_vec,volume_vec) + x_twin_00.set_ylim(volume_plot_min,volume_plot_max) + axs3[0,0].legend() + + axs3[0,1].set_title('LA') + axs3[0,1].plot(t_vec,100*OL_T1_LA_soll_vec,label='OL_T1 Target',c='b') + axs3[0,1].scatter(t_vec[::200],100*OL_T1_LA_ist_vec[::200],label='OL_T1 Actual',c='b',marker='+') + axs3[0,1].plot(t_vec,100*OL_T2_LA_soll_vec,label='OL_T2 Target',c='g') + axs3[0,1].scatter(t_vec[::200],100*OL_T2_LA_ist_vec[::200],label='OL_T2 Actual',c='g',marker='+') + axs3[0,1].plot(t_vec,100*UL_T1_LA_soll_vec,label='UL_T1 Target',c='r') + axs3[0,1].scatter(t_vec[::200],100*UL_T1_LA_ist_vec[::200],label='UL_T1 Actual',c='r',marker='+') + axs3[0,1].plot(t_vec,100*UL_T2_LA_soll_vec,label='UL_T2 Target',c='k') + axs3[0,1].scatter(t_vec[::200],100*UL_T2_LA_ist_vec[::200],label='UL_T2 Actual',c='k',marker='+') + axs3[0,1].set_xlabel(r'$t$ [$\mathrm{s}$]') + axs3[0,1].set_ylabel(r'$LA$ [%]') + axs3[0,1].legend() + + axs3[1,0].set_title('Fluxes') + axs3[1,0].plot(t_vec,Q_in_vec,label='Influx') + axs3[1,0].plot(t_vec,Q_boundary_res,label='Outflux') + axs3[1,0].scatter(t_vec[::200],Q_boundary_tur[::200],label='Flux Turbine',c='g',marker='+') + axs3[1,0].set_xlabel(r'$t$ [$\mathrm{s}$]') + axs3[1,0].set_ylabel(r'$Q$ [$\mathrm{m}^3/\mathrm{s}$]') + axs3[1,0].legend() + + axs3[1,1].set_title('Pressure change vs t=0 at reservoir and turbine') + axs3[1,1].plot(t_vec,pressure_conversion(p_boundary_res-p_boundary_res[0],pUnit_calc, pUnit_conv),label='Reservoir') + axs3[1,1].plot(t_vec,pressure_conversion(p_boundary_tur-p_boundary_tur[0],pUnit_calc, pUnit_conv),label='Turbine') + axs3[1,1].set_xlabel(r'$t$ [$\mathrm{s}$]') + axs3[1,1].set_ylabel(r'$p$ ['+pUnit_conv+']') + axs3[1,1].legend() + + fig3.tight_layout() + # plt.show() + plt.close() + + figname = 'Simulation Arriach\\Lastfall_2\\KW_Arriach_Fläche_'+str(Res_area_base)+'_Ti_'+str(Con_T_i)+'_Kp_'+str(Con_K_p)+'.png' + fig3.savefig(figname) + + diff --git a/KW Arriach.ipynb b/KW Arriach.ipynb index b7ebb0d..f3ffffe 100644 --- a/KW Arriach.ipynb +++ b/KW Arriach.ipynb @@ -2,18 +2,7 @@ "cells": [ { "cell_type": "code", - "execution_count": 16, - "metadata": {}, - "outputs": [], - "source": [ - "# print(level_vec[0]-np.min(level_vec))\n", - "# print(level_vec[np.argmin(np.abs(t_vec-600))])\n", - "# print(np.max(level_vec)-level_vec[0])" - ] - }, - { - "cell_type": "code", - "execution_count": 17, + "execution_count": 4, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ @@ -36,21 +25,21 @@ }, { "cell_type": "code", - "execution_count": 18, + "execution_count": 5, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ - "0.2\n", - "60.0\n" + "0.9\n", + "20.0\n" ] } ], "source": [ - "i = 1\n", - "j = 2\n", + "i = 8\n", + "j = 0\n", "\n", "Kp_list = np.arange(0.1,2.1,0.1)\n", "Area_list = np.arange(20.,160.,20.)\n", @@ -61,7 +50,24 @@ }, { "cell_type": "code", - "execution_count": 19, + "execution_count": 6, + "metadata": {}, + "outputs": [ + { + "name": "stdout", + "output_type": "stream", + "text": [ + "20\n" + ] + } + ], + "source": [ + "print(np.size(Kp_list))" + ] + }, + { + "cell_type": "code", + "execution_count": 49, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ @@ -76,6 +82,7 @@ " # for KW OL \n", "OL_T1_Q_nenn = 1.7 # [m³/s] nominal flux of turbine \n", "OL_T1_p_nenn = pressure_conversion(1,'bar',pUnit_calc) # [Pa] nominal pressure of turbine ## p_nenn wird konstant gehalten, Wert ist also fiktiv\n", + "OL_p_pseudo = 1.1*OL_T1_p_nenn # ficticious pressure applied to OL turbines to avoid LA>1 error caused by unfortunate rounding\n", "OL_T1_closingTime = 30. # [s] closing time of turbine\n", "\n", " # simulation of \"Bacheinzug\"\n", @@ -84,23 +91,23 @@ "OL_T2_closingTime = 600. # [s] closing time of turbine\n", "\n", " # for KW UL\n", - "UL_T1_Q_nenn = 1.8 # [m³/s] nominal flux of turbine \n", - "UL_T1_p_nenn = pressure_conversion(48.,'mWS',pUnit_calc) # [Pa] nominal pressure of turbine \n", + "UL_T1_Q_nenn = 1.6 # [m³/s] nominal flux of turbine \n", + "UL_T1_p_nenn = pressure_conversion(60.,'mWS',pUnit_calc) # [Pa] nominal pressure of turbine \n", "UL_T1_closingTime = 30. # [s] closing time of turbine\n", "\n", - "UL_T2_Q_nenn = 1.8 # [m³/s] nominal flux of turbine \n", - "UL_T2_p_nenn = pressure_conversion(48.,'mWS',pUnit_calc) # [Pa] nominal pressure of turbine \n", + "UL_T2_Q_nenn = 1.6 # [m³/s] nominal flux of turbine \n", + "UL_T2_p_nenn = pressure_conversion(60.,'mWS',pUnit_calc) # [Pa] nominal pressure of turbine \n", "UL_T2_closingTime = 30. # [s] closing time of turbine\n", "\n", " # for PI controller\n", - "Con_targetLevel = 1.05 # [m]\n", + "Con_targetLevel = 1.25 # [m]\n", "Con_K_p = Kp_list[i] # [-] proportional constant of PI controller\n", "Con_T_i = 200. # [s] timespan in which a steady state error is corrected by the intergal term\n", "Con_deadbandRange = 0.00 # [m] Deadband range around targetLevel for which the controller does NOT intervene\n", "\n", " # for pipeline\n", "Pip_length = 2300. # [m] length of pipeline\n", - "Pip_dia = 1.0 # [m] diameter of pipeline\n", + "Pip_dia = 1.5 # [m] diameter of pipeline\n", "Pip_area = Pip_dia**2/4*np.pi # [m²] crossectional area of pipeline\n", "Pip_head = 68. # [m] hydraulic head of pipeline without reservoir\n", "Pip_angle = np.arcsin(Pip_head/Pip_length) # [rad] elevation angle of pipeline \n", @@ -124,17 +131,17 @@ "Res_dt = Pip_dt/Res_nt # [s] harmonised timestep of reservoir time evolution\n", "\n", " # for general simulation\n", - "flux_init = 0. # [m³/s] initial flux through whole system for steady state initialization \n", + "flux_init = OL_T1_Q_nenn+OL_T2_Q_nenn # [m³/s] initial flux through whole system for steady state initialization \n", "# OL_LAs_init = [1.,1.] # [vec] initial guide vane openings of OL-KW\n", "level_init = Con_targetLevel # [m] initial water level in upstream reservoir for steady state initialization\n", - "simTime_target = 2400. # [s] target for total simulation time (will vary slightly to fit with Pip_dt)\n", + "simTime_target = 1200. # [s] target for total simulation time (will vary slightly to fit with Pip_dt)\n", "nt = int(simTime_target//Pip_dt) # [1] Number of timesteps of the whole system\n", "t_vec = np.arange(0,nt+1,1)*Pip_dt # [s] time vector. At each step of t_vec the system parameters are stored\n" ] }, { "cell_type": "code", - "execution_count": 20, + "execution_count": 50, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ @@ -148,7 +155,7 @@ "KW_OL.add_turbine(OL_T1)\n", "KW_OL.add_turbine(OL_T2)\n", "\n", - "KW_OL.set_steady_state_by_flux(flux_init,OL_T1_p_nenn*1.1)\n", + "KW_OL.set_steady_state_by_flux(flux_init,OL_p_pseudo)\n", "\n", "# flux_init = KW_OL.get_current_Q()\n", "\n", @@ -177,7 +184,7 @@ }, { "cell_type": "code", - "execution_count": 21, + "execution_count": 51, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ @@ -190,7 +197,7 @@ }, { "cell_type": "code", - "execution_count": 22, + "execution_count": 52, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ @@ -235,10 +242,10 @@ " # manual input to modulate influx\n", "OL_T1_LA_soll_vec = np.full_like(t_vec,OL_T1.get_current_LA()) # storing the target value for the guide van opening\n", "OL_T1_LA_soll_vec[np.argmin(np.abs(t_vec-100)):] = 0.\n", - "OL_T1_LA_soll_vec[np.argmin(np.abs(t_vec-600)):] = 1.\n", + "OL_T1_LA_soll_vec[np.argmin(np.abs(t_vec-600)):] = OL_T1_LA_soll_vec[0]\n", "\n", "\n", - "OL_T2_LA_soll_vec = OL_T1_LA_soll_vec.copy() # storing the target value for the guide van opening\n", + "OL_T2_LA_soll_vec = np.full_like(t_vec,OL_T2.get_current_LA()) # storing the target value for the guide van opening\n", "\n", "\n", "OL_T1_LA_ist_vec = np.zeros_like(t_vec) # storing the actual value of the guide vane opening\n", @@ -263,7 +270,7 @@ }, { "cell_type": "code", - "execution_count": 23, + "execution_count": 53, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ @@ -285,12 +292,11 @@ }, { "cell_type": "code", - "execution_count": 24, + "execution_count": 54, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "%matplotlib qt5\n", - "# Time loop\n", "\n", "# create a figure and subplots to display the velocity and pressure distribution across the pipeline in each pipeline step\n", "fig1,axs1 = plt.subplots(3,1)\n", @@ -302,7 +308,7 @@ "axs1[1].set_title('Pressure distribution in pipeline \\n Difference to t=0')\n", "axs1[1].set_xlabel(r'$x$ [$\\mathrm{m}$]')\n", "axs1[1].set_ylabel(r'$p$ ['+pUnit_conv+']')\n", - "axs1[1].set_ylim([-30,20])\n", + "axs1[1].set_ylim([-40,20])\n", "axs1[2].set_title('Flux distribution in pipeline')\n", "axs1[2].set_xlabel(r'$x$ [$\\mathrm{m}$]')\n", "axs1[2].set_ylabel(r'$Q$ [$\\mathrm{m}^3 / \\mathrm{s}$]')\n", @@ -327,10 +333,11 @@ }, { "cell_type": "code", - "execution_count": 25, + "execution_count": 55, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ + "# time loop\n", "# needed for turbine convergence\n", "convergence_parameters = [p_old[-2],v_old[-2],Pip_dia,Pip_area,Pip_angle,Pip_f_D,Pip_pw_vel,rho,Pip_dt,p_old[-1]]\n", "\n", @@ -338,7 +345,7 @@ "for it_pipe in range(1,nt+1):\n", "\n", " KW_OL.update_LAs([OL_T1_LA_soll_vec[it_pipe],OL_T2_LA_soll_vec[it_pipe]])\n", - " KW_OL.set_pressure(OL_T1_p_nenn)\n", + " KW_OL.set_pressure(OL_p_pseudo)\n", " Q_in_vec[it_pipe] = KW_OL.get_current_Q()\n", " reservoir.set_influx(Q_in_vec[it_pipe])\n", "\n", @@ -417,7 +424,7 @@ }, { "cell_type": "code", - "execution_count": 26, + "execution_count": 56, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ @@ -491,7 +498,7 @@ }, { "cell_type": "code", - "execution_count": 27, + "execution_count": 57, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ @@ -546,27 +553,14423 @@ }, { "cell_type": "code", - "execution_count": 28, + "execution_count": 8, "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ - "[4.08482919 4.08482935 4.08482952 4.08482968 4.08482985 4.08483001\n", - " 4.08483017 4.08483033 4.08483048 4.08483064 4.08483079 4.08483095\n", - " 4.0848311 4.08483125 4.0848314 4.08483154 4.08483169 4.08483183\n", - " 4.08483198 4.08483212 4.08483226 4.0848324 4.08483253 4.08483267\n", - " 4.0848328 4.08483293 4.08483306 4.08483319 4.08483332 4.08483345\n", - " 4.08483357 4.0848337 4.08483382 4.08483394 4.08483406 4.08483418\n", - " 4.0848343 4.08483441 4.08483452 4.08483464 4.08483475 4.08483486\n", - " 4.08483496 4.08483507 4.08483517 4.08483528 4.08483538 4.08483548\n", - " 4.08483558 4.08483568 4.08483577]\n" + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.1\n", + "T_i = 10.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.1\n", + "T_i = 30.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.1\n", + "T_i = 50.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.1\n", + "T_i = 70.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.1\n", + "T_i = 90.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.1\n", + "T_i = 110.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.1\n", + "T_i = 130.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.1\n", + "T_i = 150.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.1\n", + "T_i = 170.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.1\n", + "T_i = 190.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.1\n", + "T_i = 210.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.1\n", + "T_i = 230.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.1\n", + "T_i = 250.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.1\n", + "T_i = 270.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.1\n", + "T_i = 290.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.2\n", + "T_i = 10.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.2\n", + "T_i = 30.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.2\n", + "T_i = 50.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.2\n", + "T_i = 70.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.2\n", + "T_i = 90.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.2\n", + "T_i = 110.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.2\n", + "T_i = 130.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.2\n", + "T_i = 150.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.2\n", + "T_i = 170.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.2\n", + "T_i = 190.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.2\n", + "T_i = 210.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.2\n", + "T_i = 230.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.2\n", + "T_i = 250.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.2\n", + "T_i = 270.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.2\n", + "T_i = 290.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.3\n", + "T_i = 10.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.3\n", + "T_i = 30.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.3\n", + "T_i = 50.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.3\n", + "T_i = 70.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.3\n", + "T_i = 90.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.3\n", + "T_i = 110.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.3\n", + "T_i = 130.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.3\n", + "T_i = 150.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.3\n", + "T_i = 170.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.3\n", + "T_i = 190.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.3\n", + "T_i = 210.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.3\n", + "T_i = 230.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.3\n", + "T_i = 250.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.3\n", + "T_i = 270.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.3\n", + "T_i = 290.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.4\n", + "T_i = 10.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.4\n", + "T_i = 30.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.4\n", + "T_i = 50.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.4\n", + "T_i = 70.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.4\n", + "T_i = 90.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.4\n", + "T_i = 110.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.4\n", + "T_i = 130.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.4\n", + "T_i = 150.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.4\n", + "T_i = 170.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.4\n", + "T_i = 190.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.4\n", + "T_i = 210.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.4\n", + "T_i = 230.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.4\n", + "T_i = 250.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.4\n", + "T_i = 270.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.4\n", + "T_i = 290.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.5\n", + "T_i = 10.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.5\n", + "T_i = 30.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.5\n", + "T_i = 50.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.5\n", + "T_i = 70.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.5\n", + "T_i = 90.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.5\n", + "T_i = 110.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.5\n", + "T_i = 130.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.5\n", + "T_i = 150.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.5\n", + "T_i = 170.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.5\n", + "T_i = 190.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.5\n", + "T_i = 210.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.5\n", + "T_i = 230.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.5\n", + "T_i = 250.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.5\n", + "T_i = 270.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.5\n", + "T_i = 290.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.6\n", + "T_i = 10.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.6\n", + "T_i = 30.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.6\n", + "T_i = 50.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.6\n", + "T_i = 70.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.6\n", + "T_i = 90.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.6\n", + "T_i = 110.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.6\n", + "T_i = 130.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.6\n", + "T_i = 150.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.6\n", + "T_i = 170.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.6\n", + "T_i = 190.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.6\n", + "T_i = 210.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.6\n", + "T_i = 230.0\n", + "area = 20.0\n", + "K_p = 0.6\n", + "T_i = 250.0\n", + 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