(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211075089.9 (22)申请日 2022.09.03 (71)申请人 四川华电泸定水电有限公司 地址 626700 四川省甘孜藏族自治州泸定 县延安路69号 (72)发明人 何田　粟勇　刘密富　雷明川　 郭振兴　杨乾鸿　叶坤　翟玉兰　 冯启哲　 (51)Int.Cl. G06Q 10/06(2012.01) G06Q 10/04(2012.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种基于空蚀振动区规划的水轮机在线经 济运行系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于空蚀振动区规划的 水轮机在 线经济运行系统， 属于水轮机经济运行 技术领域。 一种基于空蚀振动区规划的水轮机在 线经济运行系统， 包括对大修完成后的每台水电 机组进行振动区试验， 获取近似全 水头振动区分 布模型； 结合所述水电机组在线状态监测系统， 搭建各机组运行工况样本数据库。 本发明通过对 全水头振动区分布模型进行获取， 利用声发射技 术监测水轮机空化空蚀状态， 对处于空蚀振动区 和临界运行区的机组流量特性曲线进行变换处 理， 稳定运行区的流量特性曲线保持不变， 应用 惩罚因子和权重系数对处于空蚀振动区和临界 运行区的机组出力进行合理避开， 最终求得每台 机组的最优负荷分配方案 。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 115471059 A 2022.12.13 CN 115471059 A 1.一种基于空蚀振动区规划的水轮机在线经济运行系统， 其特 征在于， 包括： 对大修完成后的每台水电机组进行振动区试验， 获取各机组近似全水头振动区分布模 型； 结合水电机组在线状态监测系统， 搭建各机组运行工况样本数据库； 分析水轮机在空化状态下的声发射信号波形频谱特征和声发射信号参数待征， 结合数 据融合技术， 获得空蚀初生状态的模型； 获取水电站日常历史运行数据， 形成每台水电机组在不同运行工况下的流量特性曲 线； 应用惩罚因子和权 重系数对处于空蚀振动区和临界运行区的机组出力进行合理避开； 建立以水电站总耗水量 最小时的目标函数， 确定约束条件； 采用逐次逼近的动态规划算法， 最终实现在空蚀振动区每台水电机组的最优负荷分 配。 2.根据权利要求1所述的基于空蚀振动区规划的水轮机在线经济运行系统， 其特征在 于： 所述近似全水头振动区分布模型通过对检修完成后的每台机组在水电站 最小水头至最 大水头之 间选取5～6组水头进 行振动区试验， 并通过插值拟合运算初步得到各机组近似的 全水头振动区分布模型。 3.根据权利要求2所述的基于空蚀振动区规划的水轮机在线经济运行系统， 其特征在 于： 所述振动区试验用于测定水电机组各部位的振动值、 摆度值、 水压 压力脉动值。 4.根据权利要求2所述的基于空蚀振动区规划的水轮机在线经济运行系统， 其特征在 于： 所述全水头振动区分布模型取测点峰峰值越限工况次数大于1次为空蚀振动区， 等于1 次为临界运行区， 无测点峰 峰值越限为稳定区运行区。 5.根据权利要求1所述的基于空蚀振动区规划的水轮机在线经济运行系统， 其特征在 于： 所述数据库按水头和负荷分类实时储存机组在不同运行工况下各测 点部位的振动值、 摆度值、 水压 压力脉动值。 6.根据权利要求1所述的基于空蚀振动区规划的水轮机在线经济运行系统， 其特征在 于： 当所述水电机组在线状态监测系统识别出拟合的近似全水头振动区分布模型存在较大 误差， 或者样本有一定积累增长， 超出范围时， 则对近似振动区模型进行修正， 程序自动重 新进行拟合计算以校正前一个全水头振动区分布模型的误差， 获得一个新的更高精度的机 组全水头振动区分布模型。 7.根据权利要求1所述的基于空蚀振动区规划的水轮机在线经济运行系统， 其特征在 于： 利用声发射传感器采集空化信号， 提取 空化特征值， 融合机组振动、 水压脉动、 水头及其 它工况数据等重要辅助变量探测出空化的发生， 建立空蚀初生状态的模型。 8.根据权利要求1所述的基于空蚀振动区规划的水轮机在线经济运行系统， 其特征在 于： 应用惩罚因子和权重系数对出力进行限制， 对处于空蚀振动区和临界运行区的机组流 量特性曲线 进行变换处 理， 稳定运行区的流 量特性曲线保持不变， 用公式可表示 为： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115471059 A 2式中： ω为权重系数， 为惩罚因子， 其大小可根据水轮机空蚀振动区的具体条件决 定， ω、 值越大剔除负荷不可行域的程度越高； Qk(Nk)为处理前的流量特性曲线； Q'k(Nk) 为对存在空蚀振动区的出力进行限制处理之后的流量特性 曲线， 即在空蚀振动区条件下， 引入惩罚因子和权 重系数之后， 当第k 号机组出力为 Nk时流量为Q'k(Nk)。 9.根据权利要求1所述的基于空蚀振动区规划的水轮机在线经济运行系统， 其特征在 于： 所述目标函数以水电站总耗水量 最小时为目标： 式中： k为机组编号； n为水电站机组台数； Q'k(Nk)表征考虑 机组空蚀振动区变换处理后 的流量特性 曲线， 即在空蚀振动区条件下， 引入惩罚因子和权重系数之后， 当第k号机组出 力为Nk时流量为Q'k(Nk)； 为总负荷 是 时的最小耗水量； Nk(Qk)为第k台机组流量 为Qk时的出力。 10.根据权利要求1所述的基于空蚀振动区规划的水轮机在线经济运行系统， 其特征在 于： 所述采用逐次逼近的动态规划法对目标函数进行优化 求解； 当水头一定时， 以参与发电的机组台数k 为阶段变量； k台机组的总负荷为状态变量； 第k台机组承担的负荷为决策变量； 第k号机组的工作流 量为代价函数， 建立动态规划模型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115471059 A 3