CN105703357A - 一种可实时监测的水力发电站 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可实时监测的水力发电站，其包括水力发电站本体和安装在水力发电站本体的风速时程快速模拟装置装置，所述快速模拟装置包括结构参数监测模块、平均风速计算模块、各模拟点的脉动风速时程计算模块、风速时程计算模块和风速模拟显示模块。所述平均风速计算模块、各模拟点的脉动风速时程计算模块、风速时程计算模块依靠所述监测模块监测数值进行计算，得到的风速时程由风速模拟显示模块显示。本发明的水力发电站，其风速时程可以快速模拟，且模拟计算工作量小、效率高、精确度高。

Description

一种可实时监测的水力发电站

技术领域

本发明涉及水力发电站设计领域，具体涉及一种可实时监测的水力发电站。

背景技术

相关技术中，设置于沿海或者强风地区的水力发电站经常受到风的影响。风振时域分析可以更全面地了解水力发电站的风振响应特性，更直观地反应水力发电站的风致振动控制的有效性，从而便于维护人员对水力发电站进行恰当的维护，增强水力发电站的安全性能。在对水力发电站进行风振时域分析时，需要对水力发电站的风速时程进行模拟。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种可实时监测的水力发电站。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种可实时监测的水力发电站，包括水力发电站本体和安装在水力发电站本体的风速时程快速模拟装置装置，所述快速模拟装置包括：

(1)结构参数监测模块，沿水力发电站的拦水坝高度方向将拦水坝划分多个间隔相同的测试层，在拦水坝的侧壁上安装所述数据采集装置，选择测试层的边缘点作为一个风速时程的模拟点，且在每个测试层边缘布设所述风速仪和温度传感器；

(2)平均风速计算模块，其利用风速仪监测出每测试层的风速总量，横向角和竖向风速，取0.2s为采样时间间隔，进行平均风速的计算时，引入平均风速校正系数Q：

$Q=1-\left|\frac{\frac{6.38e^{-9}(\stackrel{\‾}{P}-0.378P_{wat})}{1+0.00366\stackrel{\‾}{T}}-F_b}{F_b}\right|$

每测试层在一个采用时间的平均风速的计算公式为：

$W_{\left(i\right)}=\frac{1}{N-2}{\{{\[\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\[w\left(i\right)\cos \left(\arcsin \right(\frac{w_z\left(i\right)}{w}\left)\right)\cos \mathrm{\θ}\left(i\right)\]-A\]}^2+{\[\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\[w\left(i\right)\cos \[\arcsin \left(\frac{w_z\left(i\right)}{w}\right)\]\sin \mathrm{\θ}\left(i\right)\]-B\]}^2\}}^{1/2}\×Q$

其中，A为风速总量w在x方向的分量值的极大值和极小值之和，B为风速总量w在y方向分量值的极大值和极小值之和，为当地平均气压，为当地平均温度，P_wat为当地平均水汽压，F_b为标准状态下的风压系数；

(3)各模拟点的脉动风速时程计算模块，包括生成所述各模拟点的脉动风速时程的脉动风速功率谱，进行脉动风速功率谱的模拟时，引入温度修正系数其中T₀为设定的标准温度，T为由所述温度传感器实时监测得到的平均温度值，则

T≥T₀时，所述脉动风速功率谱的优化公式为：

$S_{\mathrm{\υ}}\left(g\right)=\frac{\mathrm{\λ}g}{1+{\left(\frac{1200g}{W_{\left(i\right)}}\right)}^{8/3}}\×(1-\sqrt{\left|\frac{T-T_0}{T}\right|})\×5.76\×{10}^6$

T<T₀时，所述脉动风速功率谱的优化公式为：

$S_{\mathrm{\&upsi;}}\left(\mathrm{\&rho;}\right)=\frac{\mathrm{\&lambda;}g}{1+{\left(\frac{1200g}{W_{\left(i\right)}}\right)}^{8/3}}\&times;(1+\sqrt{\left|\frac{T-T_0}{T}\right|})\&times;5.76\&times;{10}^6$

其中，λ为根据水力发电站结构选择的地面粗糙度系数，g为根据平均风速W_(i)选取的频率截取上限值；

(4)风速时程计算模块，包括微处理器，所述微处理器利用谐波叠加法对相同位置处的平均风速和脉动风速时程进行叠加，得到各模拟点的风速时程；

(5)风速模拟显示模块，包括依次连接的隔离放大器和数字显示屏，所述隔离放大器的输入端与所述微信处理器连接。

其中，所述频率截取上限值的范围为3hZ～5hZ。

其中，所述标准温度值的设定范围为23℃～27℃。

本发明的有益效果为：

1、在水力发电站本体上安装了风速时程快速模拟装置，便于水力发电站风速时程特征的及时获取，维护人员可以更全面地了解水力发电站的风振响应特性，从而对水力发电站进行恰当的维护，增强水力发电站的安全性能；

2、采用风速仪、温度传感器和数据采集装置进行风速时程模拟数据的监测和采集，取代了传统技术人工激励和昂贵的激振设备，降低了成本，实用便捷；

3、所述模拟装置基于谐波叠加法的基础上，对平均风速和脉动风速的计算公式进行优化，减少了计算的工作量，提高了水力发电站的风速时程模拟的效率；

4、在计算平均风速时引入平均风速校正系数Q，计算脉动风速时程时引入温度修正系数K，使得水力发电站的风速时程模拟更加精确。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明的风速时程快速模拟装置各模块的连接示意图。

附图标记：

结构参数监测模块1、平均风速计算模块2、各模拟点的脉动风速时程计算模块3、风速时程计算模块4、风速模拟显示模块5。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例一

参见图1，本实施例的水力发电站包括水力发电站本体和安装在水力发电站本体的风速时程快速模拟装置装置，所述快速模拟装置包括：

(1)结构参数监测模块1，其包括风速仪、温度传感器和数据采集装置，沿水力发电站的拦水坝高度方向将拦水坝划分多个间隔相同的测试层，在拦水坝的侧壁上安装所述数据采集装置，选择测试层的边缘点作为一个风速时程的模拟点，且在每个测试层边缘布设所述风速仪和温度传感器；

(2)平均风速计算模块2，其利用风速仪监测出每测试层的风速总量，横向角和竖向风速，取0.2s为采样时间间隔，进行平均风速的计算时，引入平均风速校正系数Q：

$Q=1-\left|\frac{\frac{6.38e^{-9}(\stackrel{\&OverBar;}{P}-0.378P_{wat})}{1+0.00366\stackrel{\&OverBar;}{T}}-F_b}{F_b}\right|$

每测试层在一个采用时间的平均风速的计算公式为：

$W_{\left(i\right)}=\frac{1}{N-2}{\{{\&lsqb;\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}\&lsqb;w\left(i\right)\cos \left(\arcsin \right(\frac{w_z\left(i\right)}{w}\left)\right)\cos \mathrm{\&theta;}\left(i\right)\&rsqb;-A\&rsqb;}^2+{\&lsqb;\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}\&lsqb;w\left(i\right)\cos \&lsqb;\arcsin \left(\frac{w_z\left(i\right)}{w}\right)\&rsqb;\sin \mathrm{\&theta;}\left(i\right)\&rsqb;-B\&rsqb;}^2\}}^{1/2}\&times;Q$

其中，A为风速总量w在x方向的分量值的极大值和极小值之和，B为风速总量w在y方向分量值的极大值和极小值之和，为当地平均气压，为当地平均温度，P_wat为当地平均水汽压，F_b为标准状态下的风压系数；

(3)各模拟点的脉动风速时程计算模块3，包括生成所述各模拟点的脉动风速时程的脉动风速功率谱，进行脉动风速功率谱的模拟时，引入温度修正系数其中T₀为设定的标准温度，T为由所述温度传感器实时监测得到的平均温度值，则

T≥T₀时，所述脉动风速功率谱的优化公式为：

$S_{\mathrm{\&upsi;}}\left(g\right)=\frac{\mathrm{\&lambda;}g}{1+{\left(\frac{1200g}{W_{\left(i\right)}}\right)}^{8/3}}\&times;(1-\sqrt{\left|\frac{T-T_0}{T}\right|})\&times;5.76\&times;{10}^6$

T<T₀时，所述脉动风速功率谱的优化公式为：

$S_{\mathrm{\&upsi;}}\left(\mathrm{\&rho;}\right)=\frac{\mathrm{\&lambda;}g}{1+{\left(\frac{1200g}{W_{\left(i\right)}}\right)}^{8/3}}\&times;(1+\sqrt{\left|\frac{T-T_0}{T}\right|})\&times;5.76\&times;{10}^6$

其中，λ为根据水力发电站结构选择的地面粗糙度系数，g为根据平均风速W_(i)选取的频率截取上限值；

(4)风速时程计算模块4，包括微处理器，所述微处理器利用谐波叠加法对相同位置处的平均风速和脉动风速时程进行叠加，得到各模拟点的风速时程；

(5)风速模拟显示模块5，包括依次连接的隔离放大器和数字显示屏，所述隔离放大器的输入端与所述微信处理器连接。

本实施例在水力发电站本体上安装了风速时程快速模拟装置，便于水力发电站风速时程特征的及时获取，维护人员可以更全面地了解水力发电站的风振响应特性，从而对水力发电站进行恰当的维护，增强水力发电站的安全性能；采用风速仪、温度传感器和数据采集装置进行风速时程模拟数据的监测和采集，取代了传统技术人工激励和昂贵的激振设备，降低了成本，实用便捷；模拟装置基于谐波叠加法的基础上，对平均风速和脉动风速的计算公式进行优化，减少了计算的工作量，提高了水力发电站的风速时程模拟的效率；在计算平均风速时引入平均风速校正系数Q，计算脉动风速时程时引入温度修正系数K，使得水力发电站的风速时程模拟更加精确，其中设定标准温度T₀为23℃，设定截取频率上限值为3hZ，最后得到的各模拟点的风速时程的模拟精度提高到95.8％。

实施例二

参见图1，本实施例的水力发电站包括水力发电站本体和安装在水力发电站本体的风速时程快速模拟装置装置，所述快速模拟装置包括：

(1)结构参数监测模块1，其包括风速仪、温度传感器和数据采集装置，沿水力发电站的拦水坝高度方向将拦水坝划分多个间隔相同的测试层，在拦水坝的侧壁上安装所述数据采集装置，选择测试层的边缘点作为一个风速时程的模拟点，且在每个测试层边缘布设所述风速仪和温度传感器；

(2)平均风速计算模块2，其利用风速仪监测出每测试层的风速总量，横向角和竖向风速，取0.2s为采样时间间隔，进行平均风速的计算时，引入平均风速校正系数Q：

$Q=1-\left|\frac{\frac{6.38e^{-9}(\stackrel{\&OverBar;}{P}-0.378P_{wat})}{1+0.00366\stackrel{\&OverBar;}{T}}-F_b}{F_b}\right|$

每测试层在一个采用时间的平均风速的计算公式为：

$W_{\left(i\right)}=\frac{1}{N-2}{\{{\&lsqb;\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}\&lsqb;w\left(i\right)\cos \left(\arcsin \right(\frac{w_z\left(i\right)}{w}\left)\right)\cos \mathrm{\&theta;}\left(i\right)\&rsqb;-A\&rsqb;}^2+{\&lsqb;\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}\&lsqb;w\left(i\right)\cos \&lsqb;\arcsin \left(\frac{w_z\left(i\right)}{w}\right)\&rsqb;\sin \mathrm{\&theta;}\left(i\right)\&rsqb;-B\&rsqb;}^2\}}^{1/2}\&times;Q$

其中，A为风速总量w在x方向的分量值的极大值和极小值之和，B为风速总量w在y方向分量值的极大值和极小值之和，为当地平均气压，为当地平均温度，P_wat为当地平均水汽压，F_b为标准状态下的风压系数；

(3)各模拟点的脉动风速时程计算模块3，包括生成所述各模拟点的脉动风速时程的脉动风速功率谱，进行脉动风速功率谱的模拟时，引入温度修正系数其中T₀为设定的标准温度，T为由所述温度传感器实时监测得到的平均温度值，则

T≥T₀时，所述脉动风速功率谱的优化公式为：

$S_{\mathrm{\&upsi;}}\left(g\right)=\frac{\mathrm{\&lambda;}g}{1+{\left(\frac{1200g}{W_{\left(i\right)}}\right)}^{8/3}}\&times;(1-\sqrt{\left|\frac{T-T_0}{T}\right|})\&times;5.76\&times;{10}^6$

T<T₀时，所述脉动风速功率谱的优化公式为：

$S_{\mathrm{\&upsi;}}\left(\mathrm{\&rho;}\right)=\frac{\mathrm{\&lambda;}g}{1+{\left(\frac{1200g}{W_{\left(i\right)}}\right)}^{8/3}}\&times;(1+\sqrt{\left|\frac{T-T_0}{T}\right|})\&times;5.76\&times;{10}^6$

其中，λ为根据水力发电站结构选择的地面粗糙度系数，g为根据平均风速W_(i)选取的频率截取上限值；

(4)风速时程计算模块4，包括微处理器，所述微处理器利用谐波叠加法对相同位置处的平均风速和脉动风速时程进行叠加，得到各模拟点的风速时程；

(5)风速模拟显示模块5，包括依次连接的隔离放大器和数字显示屏，所述隔离放大器的输入端与所述微信处理器连接。

本实施例在水力发电站本体上安装了风速时程快速模拟装置，便于水力发电站风速时程特征的及时获取，维护人员可以更全面地了解水力发电站的风振响应特性，从而对水力发电站进行恰当的维护，增强水力发电站的安全性能；采用风速仪、温度传感器和数据采集装置进行风速时程模拟数据的监测和采集，取代了传统技术人工激励和昂贵的激振设备，降低了成本，实用便捷；模拟装置基于谐波叠加法的基础上，对平均风速和脉动风速的计算公式进行优化，减少了计算的工作量，提高了水力发电站的风速时程模拟的效率；在计算平均风速时引入平均风速校正系数Q，计算脉动风速时程时引入温度修正系数K，使得水力发电站的风速时程模拟更加精确，其中设定标准温度T₀为23℃，设定截取频率上限值为4hZ，最后得到的各模拟点的风速时程的模拟精度提高到96％。

实施例三

参见图1，本实施例的水力发电站包括水力发电站本体和安装在水力发电站本体的风速时程快速模拟装置装置，所述快速模拟装置包括：

(1)结构参数监测模块1，其包括风速仪、温度传感器和数据采集装置，沿水力发电站的拦水坝高度方向将拦水坝划分多个间隔相同的测试层，在拦水坝的侧壁上安装所述数据采集装置，选择测试层的边缘点作为一个风速时程的模拟点，且在每个测试层边缘布设所述风速仪和温度传感器；

(2)平均风速计算模块2，其利用风速仪监测出每测试层的风速总量，横向角和竖向风速，取0.2s为采样时间间隔，进行平均风速的计算时，引入平均风速校正系数Q：

$Q=1-\left|\frac{\frac{6.38e^{-9}(\stackrel{\&OverBar;}{P}-0.378P_{wat})}{1+0.00366\stackrel{\&OverBar;}{T}}-F_b}{F_b}\right|$

每测试层在一个采用时间的平均风速的计算公式为：

$W_{\left(i\right)}=\frac{1}{N-2}{\{{\&lsqb;\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}\&lsqb;w\left(i\right)\cos \left(\arcsin \right(\frac{w_z\left(i\right)}{w}\left)\right)\cos \mathrm{\&theta;}\left(i\right)\&rsqb;-A\&rsqb;}^2+{\&lsqb;\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}\&lsqb;w\left(i\right)\cos \&lsqb;\arcsin \left(\frac{w_z\left(i\right)}{w}\right)\&rsqb;\sin \mathrm{\&theta;}\left(i\right)\&rsqb;-B\&rsqb;}^2\}}^{1/2}\&times;Q$

其中，A为风速总量w在x方向的分量值的极大值和极小值之和，B为风速总量w在y方向分量值的极大值和极小值之和，为当地平均气压，为当地平均温度，P_wat为当地平均水汽压，F_b为标准状态下的风压系数；

(3)各模拟点的脉动风速时程计算模块3，包括生成所述各模拟点的脉动风速时程的脉动风速功率谱，进行脉动风速功率谱的模拟时，引入温度修正系数其中T₀为设定的标准温度，T为由所述温度传感器实时监测得到的平均温度值，则

T≥T₀时，所述脉动风速功率谱的优化公式为：

$S_{\mathrm{\&upsi;}}\left(g\right)=\frac{\mathrm{\&lambda;}g}{1+{\left(\frac{1200g}{W_{\left(i\right)}}\right)}^{8/3}}\&times;(1-\sqrt{\left|\frac{T-T_0}{T}\right|})\&times;5.76\&times;{10}^6$

T<T₀时，所述脉动风速功率谱的优化公式为：

$S_{\mathrm{\&upsi;}}\left(\mathrm{\&rho;}\right)=\frac{\mathrm{\&lambda;}g}{1+{\left(\frac{1200g}{W_{\left(i\right)}}\right)}^{8/3}}\&times;(1+\sqrt{\left|\frac{T-T_0}{T}\right|})\&times;5.76\&times;{10}^6$

其中，λ为根据水力发电站结构选择的地面粗糙度系数，g为根据平均风速W_(i)选取的频率截取上限值；

(4)风速时程计算模块4，包括微处理器，所述微处理器利用谐波叠加法对相同位置处的平均风速和脉动风速时程进行叠加，得到各模拟点的风速时程；

(5)风速模拟显示模块5，包括依次连接的隔离放大器和数字显示屏，所述隔离放大器的输入端与所述微信处理器连接。

本实施例在水力发电站本体上安装了风速时程快速模拟装置，便于水力发电站风速时程特征的及时获取，维护人员可以更全面地了解水力发电站的风振响应特性，从而对水力发电站进行恰当的维护，增强水力发电站的安全性能；采用风速仪、温度传感器和数据采集装置进行风速时程模拟数据的监测和采集，取代了传统技术人工激励和昂贵的激振设备，降低了成本，实用便捷；模拟装置基于谐波叠加法的基础上，对平均风速和脉动风速的计算公式进行优化，减少了计算的工作量，提高了水力发电站的风速时程模拟的效率；在计算平均风速时引入平均风速校正系数Q，计算脉动风速时程时引入温度修正系数K，使得水力发电站的风速时程模拟更加精确，其中设定标准温度T₀为23℃，设定截取频率上限值为5hZ，最后得到的各模拟点的风速时程的模拟精度提高到94.8％。

实施例四

参见图1，本实施例的水力发电站包括水力发电站本体和安装在水力发电站本体的风速时程快速模拟装置装置，所述快速模拟装置包括：

(1)结构参数监测模块1，其包括风速仪、温度传感器和数据采集装置，沿水力发电站的拦水坝高度方向将拦水坝划分多个间隔相同的测试层，在拦水坝的侧壁上安装所述数据采集装置，选择测试层的边缘点作为一个风速时程的模拟点，且在每个测试层边缘布设所述风速仪和温度传感器；

(2)平均风速计算模块2，其利用风速仪监测出每测试层的风速总量，横向角和竖向风速，取0.2s为采样时间间隔，进行平均风速的计算时，引入平均风速校正系数Q：

$Q=1-\left|\frac{\frac{6.38e^{-9}(\stackrel{\&OverBar;}{P}-0.378P_{wat})}{1+0.00366\stackrel{\&OverBar;}{T}}-F_b}{F_b}\right|$

每测试层在一个采用时间的平均风速的计算公式为：

$W_{\left(i\right)}=\frac{1}{N-2}{\{{\&lsqb;\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}\&lsqb;w\left(i\right)\cos \left(\arcsin \right(\frac{w_z\left(i\right)}{w}\left)\right)\cos \mathrm{\&theta;}\left(i\right)\&rsqb;-A\&rsqb;}^2+{\&lsqb;\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}\&lsqb;w\left(i\right)\cos \&lsqb;\arcsin \left(\frac{w_z\left(i\right)}{w}\right)\&rsqb;\sin \mathrm{\&theta;}\left(i\right)\&rsqb;-B\&rsqb;}^2\}}^{1/2}\&times;Q$

其中，A为风速总量w在x方向的分量值的极大值和极小值之和，B为风速总量w在y方向分量值的极大值和极小值之和，为当地平均气压，为当地平均温度，P_wat为当地平均水汽压，F_b为标准状态下的风压系数；

(3)各模拟点的脉动风速时程计算模块3，包括生成所述各模拟点的脉动风速时程的脉动风速功率谱，进行脉动风速功率谱的模拟时，引入温度修正系数其中T₀为设定的标准温度，T为由所述温度传感器实时监测得到的平均温度值，则

T≥T₀时，所述脉动风速功率谱的优化公式为：

$S_{\mathrm{\&upsi;}}\left(g\right)=\frac{\mathrm{\&lambda;}g}{1+{\left(\frac{1200g}{W_{\left(i\right)}}\right)}^{8/3}}\&times;(1-\sqrt{\left|\frac{T-T_0}{T}\right|})\&times;5.76\&times;{10}^6$

T<T₀时，所述脉动风速功率谱的优化公式为：

$S_{\mathrm{\&upsi;}}\left(\mathrm{\&rho;}\right)=\frac{\mathrm{\&lambda;}g}{1+{\left(\frac{1200g}{W_{\left(i\right)}}\right)}^{8/3}}\&times;(1+\sqrt{\left|\frac{T-T_0}{T}\right|})\&times;5.76\&times;{10}^6$

其中，λ为根据水力发电站结构选择的地面粗糙度系数，g为根据平均风速W_(i)选取的频率截取上限值；

(4)风速时程计算模块4，包括微处理器，所述微处理器利用谐波叠加法对相同位置处的平均风速和脉动风速时程进行叠加，得到各模拟点的风速时程；

(5)风速模拟显示模块5，包括依次连接的隔离放大器和数字显示屏，所述隔离放大器的输入端与所述微信处理器连接。

本实施例在水力发电站本体上安装了风速时程快速模拟装置，便于水力发电站风速时程特征的及时获取，维护人员可以更全面地了解水力发电站的风振响应特性，从而对水力发电站进行恰当的维护，增强水力发电站的安全性能；采用风速仪、温度传感器和数据采集装置进行风速时程模拟数据的监测和采集，取代了传统技术人工激励和昂贵的激振设备，降低了成本，实用便捷；模拟装置基于谐波叠加法的基础上，对平均风速和脉动风速的计算公式进行优化，减少了计算的工作量，提高了水力发电站的风速时程模拟的效率；在计算平均风速时引入平均风速校正系数Q，计算脉动风速时程时引入温度修正系数K，使得水力发电站的风速时程模拟更加精确，其中设定标准温度T₀为27℃，设定截取频率上限值为3hZ，最后得到的各模拟点的风速时程的模拟精度提高到95.7％。

实施例五

参见图1，本实施例的水力发电站包括水力发电站本体和安装在水力发电站本体的风速时程快速模拟装置装置，所述快速模拟装置包括：

(1)结构参数监测模块1，其包括风速仪、温度传感器和数据采集装置，沿水力发电站的拦水坝高度方向将拦水坝划分多个间隔相同的测试层，在拦水坝的侧壁上安装所述数据采集装置，选择测试层的边缘点作为一个风速时程的模拟点，且在每个测试层边缘布设所述风速仪和温度传感器；

(2)平均风速计算模块2，其利用风速仪监测出每测试层的风速总量，横向角和竖向风速，取0.2s为采样时间间隔，进行平均风速的计算时，引入平均风速校正系数Q：

$Q=1-\left|\frac{\frac{6.38e^{-9}(\stackrel{\&OverBar;}{P}-0.378P_{wat})}{1+0.00366\stackrel{\&OverBar;}{T}}-F_b}{F_b}\right|$

每测试层在一个采用时间的平均风速的计算公式为：

$W_{\left(i\right)}=\frac{1}{N-2}{\{{\&lsqb;\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}\&lsqb;w\left(i\right)\cos \left(\arcsin \right(\frac{w_z\left(i\right)}{w}\left)\right)\cos \mathrm{\&theta;}\left(i\right)\&rsqb;-A\&rsqb;}^2+{\&lsqb;\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}\&lsqb;w\left(i\right)\cos \&lsqb;\arcsin \left(\frac{w_z\left(i\right)}{w}\right)\&rsqb;\sin \mathrm{\&theta;}\left(i\right)\&rsqb;-B\&rsqb;}^2\}}^{1/2}\&times;Q$

其中，A为风速总量w在x方向的分量值的极大值和极小值之和，B为风速总量w在y方向分量值的极大值和极小值之和，为当地平均气压，为当地平均温度，P_wat为当地平均水汽压，F_b为标准状态下的风压系数；

(3)各模拟点的脉动风速时程计算模块3，包括生成所述各模拟点的脉动风速时程的脉动风速功率谱，进行脉动风速功率谱的模拟时，引入温度修正系数其中T₀为设定的标准温度，T为由所述温度传感器实时监测得到的平均温度值，则

T≥T₀时，所述脉动风速功率谱的优化公式为：

$S_{\mathrm{\&upsi;}}\left(g\right)=\frac{\mathrm{\&lambda;}g}{1+{\left(\frac{1200g}{W_{\left(i\right)}}\right)}^{8/3}}\&times;(1-\sqrt{\left|\frac{T-T_0}{T}\right|})\&times;5.76\&times;{10}^6$

T<T₀时，所述脉动风速功率谱的优化公式为：

$S_{\mathrm{\&upsi;}}\left(\mathrm{\&rho;}\right)=\frac{\mathrm{\&lambda;}g}{1+{\left(\frac{1200g}{W_{\left(i\right)}}\right)}^{8/3}}\&times;(1+\sqrt{\left|\frac{T-T_0}{T}\right|})\&times;5.76\&times;{10}^6$

其中，λ为根据水力发电站结构选择的地面粗糙度系数，g为根据平均风速W_(i)选取的频率截取上限值；

(4)风速时程计算模块4，包括微处理器，所述微处理器利用谐波叠加法对相同位置处的平均风速和脉动风速时程进行叠加，得到各模拟点的风速时程；

(5)风速模拟显示模块5，包括依次连接的隔离放大器和数字显示屏，所述隔离放大器的输入端与所述微信处理器连接。

本实施例在水力发电站本体上安装了风速时程快速模拟装置，便于水力发电站风速时程特征的及时获取，维护人员可以更全面地了解水力发电站的风振响应特性，从而对水力发电站进行恰当的维护，增强水力发电站的安全性能；采用风速仪、温度传感器和数据采集装置进行风速时程模拟数据的监测和采集，取代了传统技术人工激励和昂贵的激振设备，降低了成本，实用便捷；模拟装置基于谐波叠加法的基础上，对平均风速和脉动风速的计算公式进行优化，减少了计算的工作量，提高了水力发电站的风速时程模拟的效率；在计算平均风速时引入平均风速校正系数Q，计算脉动风速时程时引入温度修正系数K，使得水力发电站的风速时程模拟更加精确，其中设定标准温度T₀为27℃，设定截取频率上限值为5hZ，最后得到的各模拟点的风速时程的模拟精度提高到96.5％。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种可实时监测的水力发电站，包括水力发电站本体和安装在水力发电站本体的风速时程快速模拟装置装置，其特征是，所述快速模拟装置包括：

(1)结构参数监测模块，其包括风速仪、温度传感器和数据采集装置，沿水力发电站的拦水坝高度方向将拦水坝划分多个间隔相同的测试层，在拦水坝的侧壁上安装所述数据采集装置，选择测试层的边缘点作为一个风速时程的模拟点，且在每个测试层边缘布设所述风速仪和温度传感器；

(2)平均风速计算模块，其利用风速仪监测出每测试层的风速总量，横向角和竖向风速，取0.2s为采样时间间隔，进行平均风速的计算时，引入平均风速校正系数Q：

$Q=1-\left|\frac{\frac{6.38e^{-9}(\stackrel{\&OverBar;}{P}-0.378P_{wat})}{1+0.00366\stackrel{\&OverBar;}{T}}-F_b}{F_b}\right|$

每测试层在一个采用时间的平均风速的计算公式为：

$W_{\left(i\right)}=\frac{1}{N-2}{\{{\&lsqb;\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\&lsqb;w\left(i\right)\cos \left(\arcsin \right(\frac{w_z\left(i\right)}{w}\left)\right)\cos \mathrm{\&theta;}\left(i\right)\&rsqb;-A\&rsqb;}^2+{\&lsqb;\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\&lsqb;w\left(i\right)\cos \left(\arcsin \right(\frac{w_z\left(i\right)}{w})\&rsqb;\sin \mathrm{\&theta;}(i)\&rsqb;-B\&rsqb;}^2\}}^{1/2}\&times;Q$

其中，A为风速总量w在x方向的分量值的极大值和极小值之和，B为风速总量w在y方向分量值的极大值和极小值之和，为当地平均气压，为当地平均温度，P_wat为当地平均水汽压，F_b为标准状态下的风压系数；

(3)各模拟点的脉动风速时程计算模块，包括生成所述各模拟点的脉动风速时程的脉动风速功率谱；

(4)风速时程计算模块，包括微处理器，所述微处理器利用谐波叠加法对相同位置处的平均风速和脉动风速时程进行叠加，得到各模拟点的风速时程；

(5)风速模拟显示模块，包括依次连接的隔离放大器和数字显示屏，所述隔离放大器的输入端与所述微处理器连接。

2.根据权利要求1所述的一种可实时监测的水力发电站，其特征是，进行脉动风速功率谱的模拟时，引入温度修正系数其中T₀为设定的标准温度，T为由所述温度传感器实时监测得到的平均温度值，则

T≥T₀时，所述脉动风速功率谱的优化公式为：

$S_{\mathrm{\&upsi;}}\left(g\right)=\frac{\mathrm{\&lambda;}g}{1+{\left(\frac{1200g}{W_{\left(i\right)}}\right)}^{8/3}}\&times;(1-\sqrt{\left|\frac{T-T_0}{T}\right|})\&times;5.76\&times;{10}^6$

T<T₀时，所述脉动风速功率谱的优化公式为：

$S_{\mathrm{\&upsi;}}\left(\mathrm{\&rho;}\right)=\frac{\mathrm{\&lambda;}g}{1+{\left(\frac{1200g}{W_{\left(i\right)}}\right)}^{8/3}}\&times;(1+\sqrt{\left|\frac{T-T_0}{T}\right|})\&times;5.76\&times;{10}^6$

其中，λ为根据水力发电站结构选择的地面粗糙度系数，g为根据平均风速W_(i)选取的频率截取上限值；

3.根据权利要求1所述的一种可实时监测的水力发电站，其特征是，所述频率截取上限值的范围为3hZ～5hZ。

4.根据权利要求2所述的一种可实时监测的水力发电站，其特征是，所述标准温度值的设定范围为23℃～27℃。