CN111104734B - 一种抽水蓄能电站机组甩负荷试验反演预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抽水蓄能电站机组甩负荷试验反演预测方法，包括：1，建型并获得计算均值压力；2，采集机组甩负荷过程蜗壳末端与尾水管进口实时压力数据；3，去噪；4，基于相关系数法选择小波基函数和分解层数；5，对去噪后的实测压力信号进行离散小波分解，提取均值压力和脉动压力；6，以同一时刻实测均值压力与计算均值压力之差作为计算误差；7，计算得到对应工况不同时刻的均值压力，叠加计算误差得到相应时刻预测均值压力；8，相应时刻预测均值压力与实测脉动压力叠加得到下一级甩负荷工况预测总压力。本发明能较好的解决随机压力脉动无法准确计算的技术难题，预测精度较高，大大降低了抽水蓄能电站一管多机甩负荷试验的安全风险。

Description

一种抽水蓄能电站机组甩负荷试验反演预测方法
技术领域
本发明特别涉及一种抽水蓄能电站机组甩负荷试验反演预测方法。
背景技术
抽水蓄能机组甩负荷过程蜗壳末端和尾水管进口等部位动水压力是一种非线性、非平稳的复杂信号。目前市场主流水力过渡过程软件仅能计算均值压力，对复杂的随机水压脉动无法有效计算，工程亟需一套有效的反演预测方法，即采用合适的信号处理方法以有效提取实测动水压力信号中的均值压力和脉动压力，进一步修正数值计算结果和逐级预测压力脉动幅值，以解决上述技术难题。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中无法对复杂的随机水压脉动进行有效计算的不足，提供一种抽水蓄能电站机组甩负荷试验反演预测方法，应用小波分析法对抽水蓄能机组甩负荷试验过渡过程实测动水压力信号进行分解获取实测均值压力和脉动压力，结合一维瞬变流过渡过程计算，开展逐级甩负荷反演计算与预测，能较好的解决随机压力脉动无法准确计算的技术难题，预测精度较高，大大降低了抽水蓄能电站一管多机甩负荷试验的安全风险。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种抽水蓄能电站机组甩负荷试验反演预测方法，其特点是包括以下步骤：
步骤1，基于一维瞬变流理论建立抽水蓄能电站机组甩负荷试验系统的数学模型，确定试验边界条件后得到计算均值压力；
步骤2，通过压力脉动传感器动态采集机组甩负荷过程蜗壳末端与尾水管进口实时压力数据；
步骤3，对样本数据设置小波阈值完成去噪预处理，剔除不合理的极值数据；
步骤4，基于相关系数法选择小波基函数和分解层数N，逐级计算分解后每一层近似系数与原信号的相关系数值Ri，在
Figure BDA0002314902400000021
时停止分解，定义N为临界层数；
步骤5，对去噪后的实测压力信号进行离散小波分解，提取均值压力和脉动压力；
步骤6，以同一时刻实测均值压力与步骤1得到的计算均值压力之差作为计算误差；
步骤7，确定下一级甩负荷预测试验工况边界条件，进行一维过渡过程计算得到对应工况不同时刻的均值压力，叠加计算误差得到相应时刻预测均值压力；
步骤8，相应时刻预测均值压力与实测脉动压力叠加得到下一级甩负荷工况预测总压力。
作为一种优选方式，步骤4和步骤5中，基于相关系数法界定法则的离散小波分解函数分解压力信号得到实测均值压力和脉动压力
作为一种优选方式，步骤5～步骤8中，用Interp插值计算预测工况总压力。
与现有技术相比，本发明应用小波分析法对抽水蓄能机组甩负荷试验过渡过程实测动水压力信号进行分解获取实测均值压力和脉动压力，结合一维瞬变流过渡过程计算，开展逐级甩负荷反演计算与预测，能较好的解决随机压力脉动无法准确计算的技术难题，预测精度较高，大大降低了抽水蓄能电站一管多机甩负荷试验的安全风险。
附图说明
图1是小波分解过程示意图。
图2是本发明的方法流程示意图；
图3是本发明实施例的实测压力信号去噪结果对比；
图4是本发明实施例的水击压力验证过程曲线；
图5是本发明实施例的脉动压力过程曲线；
图6是本发明实施例的预测总压力曲线。
具体实施方式
小波变换具有自适应特征，能较好地在时域和频域上显示信号特征，弥补了传统傅里叶分析在非稳定信号中的不足，特别是离散小波分解在许多领域都取得了成功的应用。
复杂信号f(t)在小波空间展开：
Figure BDA0002314902400000031
基于多分辨分析的mallta算法：
Figure BDA0002314902400000032
实际计算可逐次进行小波分解，然后递推首先(J-j)次小分解。记一次小波分解的尺度系数和小波系数为：
Figure BDA0002314902400000041
Figure BDA0002314902400000042
得到：
Figure BDA0002314902400000043
Figure BDA0002314902400000044
计算相应尺度系数和小波系数，
Figure BDA0002314902400000045
Figure BDA0002314902400000046
其分解过程如图1所示。
本发明基于实测信号小波分解，结合瞬变流过渡过程计算完成甩负荷过程流道瞬时压力的逐级反演计算与预测。
如图2所示，本发明包括以下步骤：
步骤1，基于一维瞬变流理论建立抽水蓄能电站机组甩负荷试验系统的数学模型，确定试验边界条件后得到计算均值压力。
步骤2，通过压力脉动传感器动态采集机组甩负荷过程蜗壳末端与尾水管进口实时压力数据。
步骤3，对样本数据设置小波阈值完成去噪预处理，剔除不合理的极值数据。
步骤4，基于相关系数法选择DB8小波基函数和分解层数N，基于皮尔逊相关系数公式(如式1所示)，逐级计算分解后每一层近似系数与原信号的相关系数值Ri，在
Figure BDA0002314902400000051
时停止分解，定义N为临界层数；
Figure BDA0002314902400000052
式中：x(t)-分解后得到的均值压力信号序列
s(t)-为原始压力信号序列
T-为信号时间序列
表1实施例样本分解层数相关系数表
分解层数 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8
相关系数 0.9995 0.9987 0.9983 0.9976 0.9952 0.9939 0.9929 0.9927
根据表1相关系数值计算β，确定分解层数N＝7。
步骤5，对去噪后的实测压力信号进行离散小波分解，提取均值压力和脉动压力。
步骤6，以同一时刻实测均值压力与步骤1得到的计算均值压力之差作为计算误差。
步骤7，确定下一级甩负荷预测试验工况边界条件，进行一维过渡过程计算得到对应工况不同时刻的均值压力，叠加计算误差得到相应时刻预测均值压力。
步骤8，相应时刻预测均值压力与实测脉动压力叠加得到下一级甩负荷工况预测总压力。
优选地，步骤4和步骤5中，基于相关系数法界定法则的离散小波分解函数分解压力信号得到实测均值压力和脉动压力
优选地，步骤5～步骤8中，用Interp插值计算预测工况总压力。
实例计算成果如表2及图3～图6所示。
表2样本计算成果表
Figure BDA0002314902400000061
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种抽水蓄能电站机组甩负荷试验反演预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，基于一维瞬变流理论建立抽水蓄能电站机组甩负荷试验系统的数学模型，确定试验边界条件后得到计算均值压力；
步骤2，通过压力脉动传感器动态采集机组甩负荷过程蜗壳末端与尾水管进口实时压力数据；
步骤3，对样本数据设置小波阈值完成去噪预处理，剔除不合理的极值数据；
步骤4，基于相关系数法选择小波基函数和分解层数N，逐级计算分解后每一层近似系数与原信号的相关系数值Ri，在
Figure FDA0002314902390000011
时停止分解，定义N为临界层数；
步骤5，对去噪后的实测压力信号进行离散小波分解，提取均值压力和脉动压力；
步骤6，以同一时刻实测均值压力与步骤1得到的计算均值压力之差作为计算误差；
步骤7，确定下一级甩负荷预测试验工况边界条件，进行一维过渡过程计算得到对应工况不同时刻的均值压力，叠加计算误差得到相应时刻预测均值压力；
步骤8，相应时刻预测均值压力与实测脉动压力叠加得到下一级甩负荷工况预测总压力。
2.如权利要求1所述的抽水蓄能电站机组甩负荷试验反演预测方法，其特征在于，步骤4和步骤5中，基于相关系数法界定法则的离散小波分解函数分解压力信号得到实测均值压力和脉动压力。
3.如权利要求1所述的抽水蓄能电站机组甩负荷试验反演预测方法，其特征在于，步骤5～步骤8中，用Interp插值计算预测工况总压力。
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