基于带参数的卡尔曼滤波的河道糙率动态反演研究

河道糙率是洪水水力计算的重要参数，引入控制论理论，应用带参数的卡尔曼滤波法进行河道糙率反演分析。数值计算结果表明状态变化率对带参数的卡尔曼滤波法的滤波性能有较大影响，同时分析了观测断面数量对滤波结果的影响。针对计算量较大的特点，通过敏度矩阵相关性分析，提出了提高计算效率的有效方法。     

网格尺度及村庄糙率对滩区洪水演进模拟结果的影响

采用基于无结构三角网格的有限体积法,建立了模拟复杂滩区地形上漫滩洪水演进的二维水动力学模型。利用已有室内溃坝试验资料对模型进行了验证,所得计算结果与实测资料较为符合。最后采用该模型计算了黄河下游典型滩区洪水的演进过程,分析了不同网格尺度及村庄区域糙率取值对模拟结果的影响。结果表明:网格大小及糙率取值对模拟结果均存在不同程度的影响,计算区域中剖分的网格尺度并非越小越好,而是应保证与实测高程点的密度基本相适;村庄区域挖空或取不同糙率值对洪水演进影响显著,挖空工况下水深增加最大值为0.57m,曼宁糙率取值0.12时的水深比糙率取值0.06时大0.25 m,相应流速减小0.24 m/s。在实际工程计算中,村庄区域按照当量糙率处理方式更为合理,但具体取值应结合实测资料进行验证。     

具有行蓄洪区的复杂水系实时洪水预报研究

建立确定和随机相结合的预报模型对复杂水系的实时洪水预报进行研究.确定性模型采用分布式概念性模型进行流域流量过程预报;基于马斯京根法、水文水位法与扩散波非线性水位法,构建河道流量和水位模拟的综合法对河道以及行蓄洪区的洪水进行预报.随机模型采用基于误差自回归的时变遗忘因子最小二乘递推法对误差进行实时校正.以淮河鲁台子以上流域为例,具有行蓄洪区的干流洪水采用河道流量和水位模拟的综合法与实时校正模型按节点有机结合的方法进行预报.预报模型在2007年的大洪水预报中得到了检验,取得了较高的精度.     

水工模型试验中的草垫加糙方法研究

此文开展了草垫加糙方法的系列试验研究,计算了草垫加糙能够达到的糙率范围,得到了加糙后糙率与弗劳德数之间的变化关系,分析了草垫加糙对底部水流的影响,提出了草垫加糙的最小适用水深。将草垫加糙方法应用于滦河迁安段综合整治水力模型,试验结果表明,草垫加糙不仅可以达到模型糙率要求,而且能够很好地模拟河道的阻力特性,证明了草垫加糙方法的可行性。     

基于改进Kalman滤波块状态估计方法的分布式光伏发电预测

文章基于大量历史数据,在深度学习神经网络的基础上,构建了基于各变量随时间变化的非平稳动态模型,并结合各在线实时的测量装置模型,将状态估计问题转化在Kalman滤波框架下进行;针对目前预测方法预测步数少的不足,设定较长的预测周期,并将该周期内的所有变量视为一个整体的块向量,并据此改写相适应的块状态Kalman滤波模型;建立可同时实现点点实时估计滤波器及固定预测长度的块状态预测估计滤波器;利用计算机数字仿真结果对块状态预测滤波器的有效性进行实验验证,误差比较显示,改进算法与现有的Kalman滤波方法相比,预测效果前者均好于后者。     

基于Kalman滤波算法的电力变压器顶层油温预测研究

油浸式电力变压器油温是影响变压器运行寿命和负载能力的重要因素,与变压器顶层油温密切相关。运行在高温、过负荷情况下的变压器容易因为绕组热点温度过高导致早期故障,而顶层油温是变压器热点温度的重要指标。为能精确预测变压器顶层油温,通过分析基于变压器热路模型的顶层油温动态微分方程,构造基于Kalman滤波的顶层油温状态方程和测量方程,建立了顶层油温实时最优估计模型,实时地预测变压器顶层油温。结合现场实测数据对比分析Kalman滤波模型及IEEE导则推荐模型预测结果,结果表明Kalman滤波模型相对IEEE导则推荐模型具备更高的精度,为油浸式变压器顶层油温预测提供一种新的参考。     

采用Kalman滤波算法预测变压器绕组热点温度

油浸式电力变压器绕组热点温度是影响变压器绝缘寿命的重要参量,为精确预测绕组热点温度,通过分析考虑负载动态变化和顶层油温相对绕组热点温度的动态变化的微分方程,构造基于Kalman滤波的热点温度状态方程和测量方程,建立了热点温度实时最优估计模型;利用实验室搭建的基于光纤光栅传感的温升试验平台测试数据,通过模拟智能电网中变压器热点温度监测数据中的噪声以及因传感器失效所引起的某时间段的数据缺失,验证了Kalman滤波模型的内插能力和滤波能力;根据某电站主变压器现场监测的变压器热点温度的有限实时数据,以及相关误差的统计信息,对所建模型进行外推,实时地预测热点温度,并与IEEE导则推荐模型的预测结果进行了对比。结果表明,基于Kalman滤波的热点温度模型更接近实测值,其在2月份和9月份的平均绝对百分比误差(1.5730%,0.8866%)和均方根误差(0.8180°C,0.8562°C),均优于IEEE导则模型的预测结果,具有较好的内插、平滑以及外推性能,为实时监测变压器绕组热点温度提供了一种新的工具。     

广义系统多传感器信息融合Kalman状态预报器

研究了广义离散随机线性系统的多传感器信息融合状态估计问题。依据Kalman滤波理论,在线性最小方差信息融合准则下,推导出广义系统分别按矩阵、对角阵和标量加权的三种多传感器信息融合Kalman预报器,并给出了两个广义子系统之间的预报误差互协方差阵的计算公式。仿真说明,融合后的Kalman预报器的精确度高于每一个子系统;按标量加权信息融合Kalman预报器与按矩阵加权和对角阵加权信息融合Kalman预报器相比,虽然精确度有所降低,但损失不明显,并可减少计算负担,便于实时应用。     

基于数据挖掘的河网糙率直接反演方法

糙率是河网水力计算中的重要参数,目前多采用优化方法反演求得.基于数据挖掘的思想,本文提出一种新的河网糙率直接反演方法.该方法以河段测量值为输入,糙率为输出,应用BP神经网络进行直接反演.在一个9河段组成的河网算例中,运用这种方法得到的各河段反演糙率最大误差不超过1.5%,并用Bayesian方法对反演结果的唯一性和最优性进行了评价.     

洪水预报系统中实时校正模型的优选方法

针对实时洪水预报系统中实时校正模型存在一定的适用范围却又难以在线优选的问题,首先分析了自适应滤波模型、马斯京根矩阵模型和反馈模拟模型3种传统实时校正模型的原理与适用性,并编制算法流程图,为代码编程提供依据。其次,提出了一种实时校正模型的优选方法,适用于大流域多校正断面的实时洪水预报系统,可以为各断面在线优选出最优的实时校正模型。在WDS9002三峡实时洪水预报系统中的应用结果表明:优选方法在校正成功率和各项精度评价指标统计上出现最优的频次高于传统实时校正模型,且很少出现指标统计最差的情况;另外,优选方法有     

山前平原型城市雨洪模拟与应用——以济南市为例

近年来,我国城市区域暴雨洪涝灾害频发,而山前平原型城市由于地形地貌特殊,其造成的人员伤亡和经济损失尤为严重。文章以济南市黄台桥排水片区为研究对象,基于SWMM模型构建了山前平原型城市雨洪模拟模型。根据研究区地形地貌及汇流规律的差异将子汇水区分为山区、平原区和主城区三类,通过控制模型汇流演算方式、模型演算面积比及河道糙率系数设置情景,并采用遗传算法对模型参数进行率定与验证,从而定量分析子汇水区不同汇流方式及河道糙率对模拟结果的影响。研究结果表明：当采用SWMM模型传统汇流方式时,难以考虑山前平原型城市地形差异,模型模拟结果整体表现较差（平均Nash系数仅为0.61）;当针对山前平原型城市不同地形特点设置相应的汇流演算方式、模型演算面积比及河段糙率系数时,模型模拟精度得到显著提高（平均Nash系数达0.86）。研究结果可为山前平原型城市雨洪灾害的模拟与研究提供科学基础,并为区域防洪减灾提供相应的技术支撑。     

感潮河网调水过程的数值模拟研究

利用外河潮位和内河水位涨落落差进行内陆河网引清调水和防洪排涝,是改善感潮河网水环境、保障当地供水安全和提高防灾减灾能力的一种有效途径。本文根据Saint-Venant方程组和Preissmann加权四点隐式有限差分格式建立了感潮河网调水数学模型,该模型应用于浦东新区河网调水过程模拟的结果表明,其计算速度快、精度也较高,可对感潮河网调水水流时空变化过程、闸门开启过程引排水流量以及调水过程引排水总量进行模拟和计算。结合计算智能方法进一步讨论了调水过程外河潮位实时预报、感潮水闸流量的计算和调水模型河网糙率的反演问题。感潮河网调水过程数学模型的研究可以为平原河网地区水资源的智能监控提供支撑平台。     

基于脉冲激光的河道水位远程监测系统研究

水涝灾害的发生会严重影响河道周边人民生命安全和财产安全,及时准确掌握河道的水位变化十分重要。针对目前传统水位测量与监测方式的时效性、安全性等不足,设计了一种基于脉冲激光和云平台的水位远程监测系统。该测量装置以STM32单片机为核心,发射脉冲激光到测量桶内漂浮板,探测装置到水面漂浮板的距离,最终计算得出待监测的河道水位深度。实验室模拟实验结果表明:将测量装置固定在1m高度处,当水位深度在200mm~800mm时,相对误差小于1.7% ,变异系数小于1.2% 。经过无线传输模块可以实现对水位数据的实时上传,云平台能够准确显示水位及测量时间,表明该远程水位监测系统可行,能够实现对河道水位的远程实时监测,有一定的应用价值。     

潮汐弯道段取排水口温度场研究

进行了潮汐弯道段电厂取排水模型试验,采用W形波纹凹槽方式加糙,使模型糙率达到了模型试验的要求。利用水位跟踪技术进行了潮汐模拟,采用自动测速、测温技术进行了流场及温度场的测量。得到了特征断面多种工况随潮周期变化的温度过程线,建立了温度场与流速场的相关关系,研究了温度过程线的变化机理,分析了取排水口对温度场的相互影响关系,探讨了无量纲温升时长比与无量纲来取流量比的相关关系。分析了特征断面的温度过程线的变化特点,得到的参数可供数值模拟对比使用。     

基于河流阻力能耗的河型判别方法

河流在行进过程中,其阻力能耗受到多种因素影响,包括水流条件、泥沙条件及河流形态特征等。河流宏观形态可以反映河流的阻力特性,河道通过调整其型态以适应不同的水沙边界条件。本文基于河流阻力能耗与河流形态的辩证关系,引入河流形态参数,从而建立了一种简单的河型判别方法。通过对实际多条砂质和砾石质河流的参数化统计分析,同时考虑河岸植被因素对河相关系参数影响的修正,拟合得到代表河流形态参数的表达式,进而得到判别不同河型的标准曲线。通过论证分析及经典的实际河流资料验证,结果表明该经验方法计算简单,对于河流类型的判别应用效果较好。     

长河段二维水流模型参数的合理选择

针对河道较长的天然河段，建立了简捷、高效，基本满足精度要求的数值流场计算模型，为相应河段的河床冲淤计算和适航性研究提供了必要的数值模拟基础；并在率定相应参数的同时，总结了不同Courant数以及无量纲涡粘性系数对计算结果的影响。     

生命旋回-Markov组合模型在年径流预报中的应用

河川径流预测是一个十分复杂的问题,生命旋回模型在进行径流趋势预测时具有对资料要求少、计算简单等优点,但由于模型机理的限制,进行预测时得到的序列很难反映径流序列的随机波动变化,且存在预测结果精度不高的缺点。针对这一问题,文中提出了一种新的径流预报模型——生命旋回-Markov组合预测模型。该模型用生命旋回模型预报河川径流的趋势项变化,用周期修正方法反映其径流周期性特征,用Markov模型预报其径流序列随机变化,在此基础上对黄河龙门水文站年径流进行预测时,拟合精度为89.13%,合格率为90.22%,表明该模型精度较高,可为水利工程运行管理提供水文依据。     

计及发电机励磁调差系数的潮流计算方法分析

研究了发电机励磁调差系数与无功功率的关系,以及计及发电机励磁调差系数的潮流计算模型。该模型摒弃了传统潮流中将发电机节点设为PV节点的假设,而将发电机节点的电压看成随无功功率而变化的变量。以IEEE14、IEEE30、IEEE118节点和某省实际电网等不同规模的电力系统为算例,并与传统潮流对比,结果表明该算法不仅对小规模电力系统具有很好的收敛性,对大规模电力系统也具有良好的收敛性。本文方法可使潮流计算结果更加准确,无功功率在发电机之间的分配更加合理,并且在维持电压稳定、降低系统网损方面具有优越性。