CN111946543A - 一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警方法及系统 - Google Patents

一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警方法及系统，分别在低转速、普通转速、高转速下，采集转轮室的水压和转轮室的水流量；构建平面坐标系；连接得到峰值折线，对峰值折线进行微调得到预警线，在灯泡式贯流机组的运行中，如果参照点距离预警线的最短距离小于预警阈值时则发出警报或降速灯泡式贯流机组的转速，峰值折线能够避免灯泡式贯流机组运行时一直反复运行在中高转速附近，造成频繁的转轮室振动，增加峰值折线作为保护，避免频繁振动导致的渗漏、焊缝开裂等现象，保证转轮室一直运行在安全的转速下，即使转轮室中的水压突然上升，也有充足的时间等待灯泡式贯流机组降速,避免其剧烈震荡。

Description

一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警方法及系统
技术领域
本公开涉及灯泡式贯流机组、物联网技术领域，具体涉及一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警方法及系统。
背景技术
灯泡贯流式机组作为低水头水电站的主要发电机型，具有水电站引用流量大、水头低等优点。但是，由于灯泡贯流式机组的转轮室内水流量大，在灯泡贯流式机组的运行过程中工况振动幅值大，导致长期振动、疲劳及交变应力的作用下，灯泡贯流式机组的转轮室因振动会产生的出现渗漏、焊缝开裂等现象，导致灯泡贯流式机组存在严重安全隐患，从而导致灯泡贯流式机组出现异常、供电中断，甚至发生机组损坏、减少机组寿命等现象。
发明内容
本公开提供一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警方法及系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警方法，基于灯泡式贯流机组，所述灯泡式贯流机组的发电机密封安装在水轮机上游侧一个灯泡型的金属壳体中，发电机水平方向安装，发动机主轴直接连接水轮机转轮。灯泡式贯流机组的水轮机部分由转轮室、导叶机构、转轮、尾水管组成；发电机轴直接连接到转轮，一同安装在钢制灯泡外壳上，发电机在灯泡壳内，转轮在灯泡尾端，发电机轴承通过轴承支持环固定在灯泡外壳上，转轮端轴承固定在灯泡尾端外壳上，发电机轴前端连接到电机滑环与转轮变桨控制的油路装置，钢制灯泡通过上支柱、下支柱固定在混凝土基础中，上支柱也是人员出入灯泡的通道,所述方法包括以下步骤：
S100，分别在低转速、普通转速、高转速下，采集转轮室的水压和转轮室的水流量；
S200，通过低转速、普通转速、高转速下转轮室的水压、水流量构建以水压为X轴，水流量为Y轴的平面坐标系；
S300，将低转速、普通转速、高转速下转轮室的水压、水流量在平面坐标系上对应的三个点分别为低转速点、普通转速点、高转速点；连接低转速点和普通转速点，连接普通转速点和高转速点得到峰值折线；
S400，对峰值折线进行微调得到预警线；
S500，在灯泡式贯流机组的运行中，将当前转速下的水压、水流量在平面坐标系上对应的点作为参照点；
S600，如果参照点距离预警线的最短距离小于预警阈值时则发出警报或降速灯泡式贯流机组的转速。
进一步地，在S100中，所述低转速为107.1rpm，普通转速为115.4rpm，高转速为125rpm，通过设置于灯泡式贯流机组轴承上的转速传感器采集转速数据，单位：rpm(转/分钟)。
进一步地，在S100中，所述转轮室的水压通过设置于转轮室内壁的水压传感器获取，转轮室的水流量通过设置于转轮室内壁的水流量传感器获取。
进一步地，在S400中，对峰值折线进行微调得到预警线的方法为：
设峰值折线上低转速、普通转速、高转速下转轮室的水压、水流量在平面坐标系上对应的三个点的坐标为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)，令(xi,yi)为灯泡式贯流机组在3种不同转速下测出的水压和水流量，令x为水压，y为水流量，在3种不同转速下坐标点(x,y)到峰值折线的坐标(xi,yi)的距离分别为d1,d2,d3，则可建立以下坐标点(x,y)到峰值折线的坐标(xi,yi)的距离关系:
Figure BDA0002583781460000021
将d1 2-d3 2,d2 2-d3 2，将拟进行微调的xi,yi作为未知量进行求解，则简化为矩阵形式为：Az＝b，其中：
Figure BDA0002583781460000022
Figure BDA0002583781460000023
得到校正矩阵Q(z)：Q(z)＝||b-Az||2；
对z进行求导得：
Figure BDA0002583781460000024
如果AAT为非奇异矩阵，则得到z＝(ATA)-1ATb，则求解z的方程组中微调后的(xi,yi)，将微调后的(xi,yi)记为(x′i,y′i)，连接坐标点(x′i,y′i)，i＝1…3，即由坐标点(x′2,y′2)向坐标点(x′1,y′1)和坐标点(x′3,y′3)的方向分别作2条射线，2条射线以坐标点(x′2,y′2)为连接点即得到预警线；通过预警线，可以使得预警线到参照点的最短距离精度更高，使得避免灯泡式贯流机组运行时一直反复运行在参照点的高压震荡危险的临界值。
进一步地，在S600中，预警阈值的计算方法为：低转速、高转速下转轮室的水压、水流量在平面坐标系上的第一点和第二点之间距离的一半，并可人工调整。
进一步地，在S600中，发出警报的方法为向管理人员的移动设备推送警报信息。
进一步地，在S600中，降速灯泡式贯流机组的转速为降低当前灯泡式贯流机组转速的20％。
本发明还提供了基于一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警系统，所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：
压流采集单元，用于分别在低转速、普通转速、高转速下，采集转轮室的水压和转轮室的水流量；
坐标系构建单元，用于通过低转速、普通转速、高转速下转轮室的水压、水流量构建以水压为X轴，水流量为Y轴构建平面坐标系；
峰值折线单元，用于将低转速、普通转速、高转速下转轮室的水压、水流量在平面坐标系上对应的三个点分别为低转速点、普通转速点、高转速点；连接低转速点和普通转速点，连接普通转速点和高转速点得到峰值折线；
预警线微调单元，用于对峰值折线进行微调得到预警线；
参照点采集单元，用于在灯泡式贯流机组的运行中，将当前转速下的水压、水流量在平面坐标系上对应的点作为参照点；
机组安全预警单元，用于如果参照点距离预警线的最短距离小于预警阈值时则发出警报或降速灯泡式贯流机组的转速。
本公开的有益效果为：本发明提供一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警方法及系统，峰值折线能够避免灯泡式贯流机组运行时一直反复运行在中高转速附近，造成频繁的转轮室振动，增加峰值折线作为保护，避免频繁振动导致的渗漏、焊缝开裂等现象，保证转轮室一直运行在安全的转速下，即使转轮室中的水压突然上升，也有充足的时间等待灯泡式贯流机组降速,避免其剧烈震荡。
附图说明
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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，在附图中：
图1所示为一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警方法的流程图；
图2所示为一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警系统图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本公开的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本公开的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示为根据本公开的一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本公开的实施方式的一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警方法。
本公开提出一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警方法，具体包括以下步骤：
S100，分别在低转速、普通转速、高转速下，采集转轮室的水压和转轮室的水流量；
S200，通过低转速、普通转速、高转速下转轮室的水压、水流量构建以水压为X轴，水流量为Y轴的平面坐标系；
S300，将低转速、普通转速、高转速下转轮室的水压、水流量在平面坐标系上对应的三个点分别为低转速点、普通转速点、高转速点；连接低转速点和普通转速点，连接普通转速点和高转速点得到峰值折线；
S400，对峰值折线进行微调得到预警线；
S500，在灯泡式贯流机组的运行中，将当前转速下的水压、水流量在平面坐标系上对应的点作为参照点；
S600，如果参照点距离预警线的最短距离小于预警阈值时则发出警报或降速灯泡式贯流机组的转速。
进一步地，在S100中，所述低转速为107.1rpm，普通转速为115.4rpm，高转速为125rpm，通过设置于灯泡式贯流机组轴承上的转速传感器采集转速数据，单位：rpm(转/分钟)。
进一步地，在S100中，所述转轮室的水压通过设置于转轮室内壁的水压传感器获取，转轮室的水流量通过设置于转轮室内壁的水流量传感器获取。
进一步地，在S400中，对峰值折线进行微调得到预警线的方法为：
设峰值折线上低转速、普通转速、高转速下转轮室的水压、水流量在平面坐标系上对应的三个点的坐标为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)，则(xi,yi)为灯泡式贯流机组在3种不同转速下测出的水压和水流量，xi为水压，yi为水流量，i＝1…3，令x为水压，y为水流量，在3种不同转速下坐标点(x,y)到峰值折线的坐标(xi,yi)的距离分别为d1,d2,d3，则可建立以下方程组:
Figure BDA0002583781460000051
将d1 2-d3 2,d2 2-d3 2，并简化为矩阵形式：Az＝b，其中：
Figure BDA0002583781460000052
Figure BDA0002583781460000053
得到校正矩阵Q(z)：Q(z)＝||b-Az||2；
对z进行求导得：
Figure BDA0002583781460000054
如果AAT为非奇异矩阵，则得到z＝(ATA)-1ATb，则求解z的方程组中微调后的(xi,yi)，将微调后的(xi,yi)记为(x′i,y′i)，连接坐标点(x′i,y′i)，i＝1…3，即由坐标点(x′2,y′2)向坐标点(x′1,y′1)和坐标点(x′3,y′3)的方向分别作2条射线，2条射线以坐标点(x′2,y′2)为连接点即得到预警线；通过预警线，可以使得预警线到参照点的最短距离精度更高，使得避免灯泡式贯流机组运行时一直反复运行在参照点的高压震荡危险的临界值。
进一步地，在S600中，预警阈值的计算方法为：低转速、高转速下转轮室的水压、水流量在平面坐标系上的第一点和第二点之间距离的一半，并可人工调整。
进一步地，在S600中，发出警报的方法为向管理人员的移动设备推送警报信息。
进一步地，在S600中，降速灯泡式贯流机组的转速为降低当前灯泡式贯流机组转速的20％。
本公开的实施例提供的基于一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警系统，如图2所示为本公开的基于一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警系统图，该实施例的基于一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警系统包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警系统实施例中的步骤。
所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：
压流采集单元，用于分别在低转速、普通转速、高转速下，采集转轮室的水压和转轮室的水流量；
坐标系构建单元，用于通过低转速、普通转速、高转速下转轮室的水压、水流量构建以水压为X轴，水流量为Y轴构建平面坐标系；
峰值折线单元，用于将低转速、普通转速、高转速下转轮室的水压、水流量在平面坐标系上对应的三个点分别为低转速点、普通转速点、高转速点；连接低转速点和普通转速点，连接普通转速点和高转速点得到峰值折线；
预警线微调单元，用于对峰值折线进行微调得到预警线；
参照点采集单元，用于在灯泡式贯流机组的运行中，将当前转速下的水压、水流量在平面坐标系上对应的点作为参照点；
机组安全预警单元，用于如果参照点距离预警线的最短距离小于预警阈值时则发出警报或降速灯泡式贯流机组的转速。
所述基于一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警系统可以运行于桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备中。所述基于一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警系统，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是基于一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警系统的示例，并不构成对基于一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警系统的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述基于一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警系统还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述基于一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警系统运行系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个基于一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警系统可运行系统的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述基于一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警系统的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
尽管本公开的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，从而有效地涵盖本公开的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本公开进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本公开的非实质性改动仍可代表本公开的等效改动。

Claims (7)

1.一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S100，分别在低转速、普通转速、高转速下，采集转轮室的水压和转轮室的水流量；
S200，通过低转速、普通转速、高转速下转轮室的水压、水流量构建以水压为X轴，水流量为Y轴的平面坐标系；
S300，将低转速、普通转速、高转速下转轮室的水压、水流量在平面坐标系上对应的三个点分别为低转速点、普通转速点、高转速点；连接低转速点和普通转速点，连接普通转速点和高转速点得到峰值折线；
S400，对峰值折线进行微调得到预警线；
S500，在灯泡式贯流机组的运行中，将当前转速下的水压、水流量在平面坐标系上对应的点作为参照点；
S600，如果参照点距离预警线的最短距离小于预警阈值时则发出警报或降速灯泡式贯流机组的转速。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警方法，其特征在于，在S100中，所述低转速为107.1rpm，普通转速为115.4rpm，高转速为125rpm，通过设置于灯泡式贯流机组轴承上的转速传感器采集转速数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警方法，其特征在于，在S100中，所述转轮室的水压通过设置于转轮室内壁的水压传感器获取，转轮室的水流量通过设置于转轮室内壁的水流量传感器获取。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警方法，其特征在于，在S400中，对峰值折线进行微调得到预警线的方法为：
设峰值折线上低转速、普通转速、高转速下转轮室的水压、水流量在平面坐标系上对应的三个点的坐标为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)，令(xi,yi)为灯泡式贯流机组在3种不同转速下测出的水压和水流量，令x为水压，y为水流量，在3种不同转速下坐标点(x,y)到峰值折线的坐标(xi,yi)的距离分别为d1,d2,d3，则可建立以下坐标点(x,y)到峰值折线的坐标(xi,yi)的距离关系:
Figure FDA0002583781450000021
将d1 2-d3 2,d2 2-d3 2，将拟进行微调的xi,yi作为未知量进行求解，则简化为矩阵形式为：Az＝b，
其中：
Figure FDA0002583781450000022
Figure FDA0002583781450000023
得到校正矩阵Q(z)：Q(z)＝||b-Az||2；
对z进行求导得：
Figure FDA0002583781450000024
如果AAT为非奇异矩阵，则得到z＝(ATA)- 1ATb，则求解z的方程组中微调后的(xi,yi)，将微调后的(xi,yi)记为(x′i,y′i)，连接坐标点(x′i,y′i)，i＝1…3，即由坐标点(x′2,y′2)向坐标点(x′1,y′1)和坐标点(x′3,y′3)的方向分别作2条射线，2条射线以坐标点(x′2,y′2)为连接点即得到预警线；通过预警线，可以使得预警线到参照点的最短距离精度更高，使得避免灯泡式贯流机组运行时一直反复运行在参照点的高压震荡危险的临界值。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警方法，其特征在于，在S600中，预警阈值的计算方法为：低转速、高转速下转轮室的水压、水流量在平面坐标系上的第一点和第二点之间距离的一半。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警方法，其特征在于，在S600中，降速灯泡式贯流机组的转速为降低当前灯泡式贯流机组转速的20％。
7.基于一种基于物联网的灯泡式贯流机组安全预警系统，其特征在于，所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：
压流采集单元，用于分别在低转速、普通转速、高转速下，采集转轮室的水压和转轮室的水流量；
坐标系构建单元，用于通过低转速、普通转速、高转速下转轮室的水压、水流量构建以水压为X轴，水流量为Y轴构建平面坐标系；
峰值折线单元，用于将低转速、普通转速、高转速下转轮室的水压、水流量在平面坐标系上对应的三个点分别为低转速点、普通转速点、高转速点；连接低转速点和普通转速点，连接普通转速点和高转速点得到峰值折线；
预警线微调单元，用于对峰值折线进行微调得到预警线；
参照点采集单元，用于在灯泡式贯流机组的运行中，将当前转速下的水压、水流量在平面坐标系上对应的点作为参照点；
机组安全预警单元，用于如果参照点距离预警线的最短距离小于预警阈值时则发出警报或降速灯泡式贯流机组的转速。
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