一种水电机组开机过程非平稳信号时频分析方法与流程

本发明涉及水力发电，具体涉及到一种水电机组开机过程非平稳信号时频分析方法。

背景技术：

1、水电机组从静止状态到升速至空载额定转速是机组最不稳定的过渡过程，该运行工况转换过程比较恶劣。机组在过渡过程中的振动信号是十分复杂的多分量非平稳信号，但傅立叶变换只能反映信号全局特征，不能描述这类信号频谱随时间变化的特征。而采用时频方法对水电机组多分量非平稳信号进行分析，并提取特征瞬时频率及相应幅值特征，从而有利于进行有效的健康状态监测及故障诊断。

2、傅里叶变换在信号分析中具有极其重要的作用，传统的傅里叶变换是一种对时域信号的整体变换，不适合处理非平稳信号，为克服傅里叶变换在时域局部化方面的不足，提出了短时傅里叶变换用于分析非平稳信号，在一定程度上实现了时域和频域局部化，短时傅里叶变换是在传统傅里叶变换的框架中，把非平稳信号看成是一系列短时平稳信号的叠加，而短时性则通过在时域上的加窗实现，并通过平移参数来覆盖整个时域，短时傅里叶变换是利用计算信号与时频基之间的内积，得到信号中的瞬时特征，但是受到海森堡不确定原理的影响，其所得到的时域分辨率和频域分辨率不能同时达到最佳。

3、针对上述问题，本发明提供了一种能很好地适用于水电机组开机过程振动特征频率的提取的一种水电机组开机过程平稳型号时频分析方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种能很好地适用于水电机组开机过程振动特征频率的提取的一种水电机组开机过程非平稳信号时频分析方法。

2、本发明的目的是提供一种水电机组开机过程非平稳信号时频分析方法，方法包括以下步骤：

3、步骤一、在水电站开展机组启动真机试验，同步采集机组压力脉动、振动、摆度等变化的全过程数据；

4、步骤二、当某振动信号时间序列为y(i)，采样点数为ny，即i＝1,2,3,……，ny，由于时频分析非常耗时，并且还需要较大的存储空间，因此内存较小的计算机很容易出现“内存不足”的错误，因此需要适当降低采样频率；

5、步骤三、令d＝sg/sd，当d为整数，则进行降低采样率，x(j)＝y((j-1)*d+1)j＝1,2,3,……，nx，其中，nx＝取整(ny/d)；

6、步骤四、当d不为整数，计算sg和sd的最小公倍数，记为s0，对y(i)进行插值，扩大y(i)的采样率到s0，得到y(ii)，对于i＝1,2,3,……，ny，ii＝(i-1)*d+1，y(ii)＝y(i)当ii为其他值时：令y(i)的第t、第t+1个点的数值分别为yt和yt+1，(t＝1,2,3,……，ny)，此时：ii＝(t-1)*d+s+1，s＝1,2,3,……，d-1。y(ii)＝yt+m*s，其中，m＝(yt+1-yt)/d，d＝s0/s；

7、步骤五、对y(i)按照进行降低采样率计算，这时，d＝s0/sd；

8、步骤六、对降低采样率后的信号x(t)进行二阶垂直同步压缩变换进行时频分析，获得非平稳信号随时间频率的变化，准确地评估机组的瞬时特征。

9、进一步的，二阶垂直同步压缩变换具体计算步骤如下：

10、步骤一、当x(t)＝a(t)ejφ(t)和可以得到：

11、

12、步骤二、通过(α,β)∈c2,可以得到l(t)＝αt+β，最终可以推出q＝im(α)。当时，能得到：

13、

14、可得

15、

16、可得

17、

18、

19、可得

20、

21、因此，离散时间的局部频率调制可以估计为：

22、

23、因此，可以得到一种增强的频率估计：

24、

25、基于可得到二阶垂直同步压缩短时傅里叶变换：

26、

27、上式中：

28、

29、对于其中是通过设置阈值γ获得。

30、本发明具有以下优势：本发明通过对水电机组启动过程中，机组摆度测点随转速变化的时频特性进行研究，考虑到机组启动时，振动信号的非平稳性，首先适当降低采样频率，采用同步压缩小波变换，分析机组在启动时，机组振动的时频特性，以定量地描述振动时变信号时间和频率的关系，准确地评估机组的瞬时特征。

技术特征：

1.一种水电机组开机过程非平稳信号时频分析方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种水电机组开机过程非平稳信号时频分析方法，其特征在于：所述步骤六中的二阶垂直同步压缩变换具体计算步骤如下：

技术总结
本发明公开了一种水电机组开机过程非平稳信号时频分析方法，包括适当降低采样频率，采用同步压缩小波变换，分析机组在启动时，机组振动的时频特性，以定量地描述振动时变信号时间和频率的关系，准确地评估机组的瞬时特征。本发明比短时傅里叶变换有更好的频域聚焦能力，能很好地适用于水电机组开机过程振动特征频率的提取，分析结果表明，机组升速过程中机组摆度测点存在转频及明显的各阶倍频分量，这些频率随转速的升高而对应增大，直至达到额定转速。

技术研发人员：廖祥波,唐晓丹,贺秀儒,罗前林,赵文贵,陶吉全,段韦,王涛,张兴,何保民,李立,程杰明,杨鸿,刘攀,常永涛,葛瑞旺,穆贵松,宋国林,刘林林,王雪刚,何玉洁
受保护的技术使用者：三峡金沙江云川水电开发有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23