上海交通大学学报 ›› 2023, Vol. 57 ›› Issue (1): 36-44.doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.300
所属专题: 《上海交通大学学报》2023年“船舶海洋与建筑工程”专题
收稿日期:
2021-08-05
修回日期:
2021-10-06
出版日期:
2023-01-28
发布日期:
2023-01-13
通讯作者:
倪何
E-mail:elegance2006@sina.com.
作者简介:
肖鹏飞(1996-),硕士,从事热力系统的状态监测与故障诊断研究.
XIAO Pengfeia, NI Hea(), JIN Jiashanb
Received:
2021-08-05
Revised:
2021-10-06
Online:
2023-01-28
Published:
2023-01-13
Contact:
NI He
E-mail:elegance2006@sina.com.
摘要:
热力系统的状态参数变化可以实时反映系统的运行状态,针对热力系统参数运行数据预测手段匮乏的现状,基于4种算法提出一种单参数预测方法并简称MWSA,对当前设备状态参数进行分解降噪、趋势提取和时序预测,并将预测结果作为下一步运行管理策略和装备维修的参考,对系统的长期安全稳定运行具有重要意义.首先, 利用中值回归经验模态分解(MREMD)方法将监测得到的运行状态参数分解为若干个本征模态函数(IMF)和残余分量.然后,对不符合筛选条件的分量进行小波阈值降噪(WTD),并将去噪后的分量与原本符合筛选条件的分量重组成新的IMF分量.最后,利用基于奇异值分解(SVD)和优化参数排列熵(PE)的K-means聚类算法,对重组后的IMF分量进行分类,取熵值较低的一类分量重构为趋势项并采用整合滑动平均自回归模型(ARIMA)进行预测.经实际案例验证,该方法能够有效克服原始参数时序中高频噪声的干扰,与不采用降噪处理的同类方法相比,该方法预测的准确度更高.
中图分类号:
肖鹏飞, 倪何, 金家善. 基于MWSA的热力系统单参数时序预测方法[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(1): 36-44.
XIAO Pengfei, NI He, JIN Jiashan. Sequential Prediction Method of Single Parameter for Thermal System Based on MWSA[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2023, 57(1): 36-44.
[1] | 倪何, 覃海波, 郑奕杨. 考虑给水泄漏的锅炉升负荷仿真及其可靠性[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(4): 444-454. |
NI He, QIN Haibo, ZHENG Yiyang. Simulation and performance reliability of boiler load raising process considering leakage of feed water[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2021, 55(4): 444-454. | |
[2] | 秦文学, 王嘉兴, 王继强, 等. 基于ARMA模型的燃煤机组主蒸汽压力控制策略[J]. 热力发电, 2020, 49(9): 127-132. |
QIN Wenxue, WANG Jiaxing, WANG Jiqiang, et al. Control strategy of main steam pressure of coal-fired unit based on ARMA model[J]. Thermal Power Generation, 2020, 49(9): 127-132. | |
[3] | 朱少民, 夏虹, 吕新知, 等. 基于ARIMA和LSTM组合模型的核电厂主泵状态预测[J]. 核动力工程, 2022, 43(2): 246-253. |
ZHU Shaomin, XIA Hong, LYU Xinzhi, et al. Condition prediction of reactor coolant pump in nuclear power plants based on the combination of ARIMA and LSTM[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(2): 246-253. | |
[4] |
RUIZ-AGUILAR J J, TURIAS I, GONZÁLEZ-ENRIQUE J, et al. A permutation entropy-based EMD-ANN forecasting ensemble approach for wind speed prediction[J]. Neural Computing and Applications, 2021, 33(7): 2369-2391.
doi: 10.1007/s00521-020-05141-w URL |
[5] | 陈亮, 刘宏立, 郑倩, 等. 基于EEMD-SVD-PE的轨道波磨趋势项提取[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2019, 51(5): 171-177. |
CHEN Liang, LIU Hongli, ZHENG Qian, et al. An EEMD-SVD-PE approach to extract the trend of track irregularity[J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2019, 51(5): 171-177. | |
[6] |
YANG Z J, LING B W K, BINGHAM C. Joint empirical mode decomposition and sparse binary programming for underlying trend extraction[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2013, 62(10): 2673-2682.
doi: 10.1109/TIM.2013.2265451 URL |
[7] | 梁兵, 汪同庆. 基于HHT的振动信号趋势项提取方法[J]. 电子测量技术, 2013, 36(2): 119-122. |
LIANG Bing, WANG Tongqing. Method of vibration signal trend extraction based on HHT[J]. Electronic Measurement Technology, 2013, 36(2): 119-122. | |
[8] | 刘海江, 刘世高, 李敏. 换挡加速度信号的EMD和小波阈值降噪方法[J]. 噪声与振动控制, 2018, 38(2): 198-203. |
LIU Haijiang, LIU Shigao, LI Min. EMD and wavelet threshold denoising method of gear-shift acceleration signals[J]. Noise and Vibration Control, 2018, 38(2): 198-203. | |
[9] | 黄礼敏. 海浪中非平稳非线性舰船运动在线预报研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2016. |
HUANG Limin. On-line prediction of non-stationary and nonlinear ship motions at sea[D]. Harbin: Harbin Engineering University, 2016. | |
[10] | BEHERA A P, GAURISARIA M K, RAUTARAY S S, et al. Predicting future call volume using ARIMA models[C]//2021 5th International Conference on Intelligent Computing and Control Systems. Madurai, India: IEEE, 2021: 1351-1354. |
[11] |
仇琦, 杨兰, 丁旭, 等. 基于改进EMD-ARIMA的光伏发电系统短期功率预测[J]. 电力科学与工程, 2020, 36(8): 42-50.
doi: 1672-0792(2020)08-0042-09 |
QIU Qi, YANG Lan, DING Xu, et al. An improved short-term power prediction method of PV power generation system based on EMD-ARIMA model[J]. Electric Power Science and Engineering, 2020, 36(8): 42-50.
doi: 1672-0792(2020)08-0042-09 |
|
[12] | 尤保健. 基于六西格玛理论的轴流泵叶轮水力效率影响因子分析[J]. 水电能源科学, 2020, 38(2): 168-171. |
YOU Baojian. Influencing factors analysis of hydraulic efficiency of axial flow pump impeller based on six sigma theory[J]. Water Resources and Power, 2020, 38(2): 168-171. | |
[13] | 王彬蓉, 王维博, 周超, 等. 基于EMD自适应重构的心音信号特征筛选及分类[J]. 航天医学与医学工程, 2020, 33(6): 533-541. |
WANG Binrong, WANG Weibo, ZHOU Chao, et al. Feature selection and classification of heart sound based on EMD adaptive reconstruction[J]. Space Medicine & Medical Engineering, 2020, 33(6): 533-541. | |
[14] | 崔公哲, 张朝霞, 杨玲珍, 等. 一种改进的小波阈值去噪算法[J]. 现代电子技术, 2019, 42(19): 50-53. |
CUI Gongzhe, ZHANG Zhaoxia, YANG Lingzhen, et al. An improved wavelet threshold denoising algorithm[J]. Modern Electronics Technique, 2019, 42(19): 50-53. | |
[15] | CHANG F X, HONG W X, ZHANG T, et al. Research on wavelet denoising for pulse signal based on improved wavelet thresholding[C]//2010 First International Conference on Pervasive Computing, Signal Processing and Applications. New York, USA: IEEE, 2010: 564-567. |
[16] | 徐晨, 赵瑞珍, 甘小冰. 小波分析应用算法[M]. 北京: 科学出版社, 2016. |
XU Chen, ZHAO Ruizhen, GAN Xiaobing. Application algorithm of wavelet analysis[M]. Beijing: Science Press, 2016. | |
[17] | 谢忠玉, 张立. 相空间重构参数选择方法的研究[J]. 中国科技信息, 2009(16): 42-43. |
XIE Zhongyu, ZHANG Li. Selection of embedding parameters in phase space reconstruction[J]. China Science and Technology Information, 2009(16): 42-43. | |
[18] | 杨恒岳, 刘青荣, 阮应君. 基于k-means聚类算法的分布式能源系统典型日冷热负荷选取[J]. 热力发电, 2021, 50(3): 84-90. |
YANG Hengyue, LIU Qingrong, RUAN Yingjun. Selection of typical daily cooling and heating load of CCHP system based on k-means clustering algorithm[J]. Thermal Power Generation, 2021, 50(3): 84-90. | |
[19] | 田行宇, 李传金. PP检验对异方差时间序列的伪检验[J]. 统计与决策, 2018, 34(17): 74-76. |
TIAN Xingyu, LI Chuanjin. Spurious tests to he-teroscedastic time series with PP test[J]. Statistics & Decision, 2018, 34(17): 74-76. | |
[20] | 李国春, 王恩龙, 王丽梅, 等. 基于AIC准则判断锂电池最优模型[J]. 汽车工程学报, 2019, 9(5): 352-358. |
LI Guochun, WANG Enlong, WANG Limei, et al. Evaluating optimal models of lithium battery based on AIC[J]. Chinese Journal of Automotive Engineering, 2019, 9(5): 352-358. | |
[21] | 李颖若, 韩婷婷, 汪君霞, 等. ARIMA时间序列分析模型在臭氧浓度中长期预报中的应用[J]. 环境科学, 2021, 42(7): 3118-3126. |
LI Yingruo, HAN Tingting, WANG Junxia, et al. Application of ARIMA model for mid-and long-term forecasting of ozone concentration[J]. Environmental Science, 2021, 42(7): 3118-3126.
doi: 10.1021/es8002603 URL |
|
[22] | 饶国强, 冯辅周, 司爱威, 等. 排列熵算法参数的优化确定方法研究[J]. 振动与冲击, 2014, 33(1): 188-193. |
RAO Guoqiang, FENG Fuzhou, SI Aiwei, et al. Method for optimal determination of parameters in permutation entropy algorithm[J]. Journal of Vibration and Shock, 2014, 33(1): 188-193. | |
[23] | 郑奕扬, 倪何, 金家善. 基于MSOP的蒸汽动力系统单参数运行稳定性评估方法[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(11): 1438-1444. |
ZHENG Yiyang, NI He, JIN Jiashan. An operation stability assessment method of a single-parameter in steam power system based on MSOP[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2021, 55(11): 1438-1444. |
[1] | 孙苗, 杨钧凯, 吴立. 改进希尔伯特-黄变换含噪振动信号时频分析[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(12): 1648-1656. |
[2] | 陈赟, 沈浩, 王佳裕, 赵文恺, 潘智俊, 王晓慧, 肖银璟. 基于“能源大脑”的城市区域碳排放实时计算方法[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(9): 1111-1117. |
[3] | 郭志远, 虞培祥, 欧阳华. 基于大涡模拟的圆柱绕流剪切层不稳定性[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(8): 924-933. |
[4] | 魏志飞, 宋泉宏, 李芳, 杨擎宇, 王爱华. 基于神经网络模型压缩技术的目标检测算法研究[J]. 空天防御, 2021, 4(4): 107-112. |
[5] | 郑奕扬, 倪何, 金家善. 基于MSOP的蒸汽动力系统单参数运行稳定性评估方法[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(11): 1438-1444. |
[6] | 卓鹏程, 严瑾, 郑美妹, 夏唐斌, 奚立峰. 面向滚动轴承全生命周期故障诊断的GA-OIHF Elman神经网络算法[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(10): 1255-1262. |
[7] | 李春祥, 张浩怡. 基于混合多变量经验模态分解和极限学习机的非平稳过程预测[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(4): 376-386. |
[8] | 谢海润,吴亚东,欧阳华,王安正. 基于本征正交分解和动态模态分解的尾涡激振现象瞬态过程的模态分析[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(2): 176-185. |
[9] | 李春祥,裴杨从琪,殷潇. 基于Hermite组合核EMD-WT-LSSVM的非平稳非高斯风压预测[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(10): 1249-1258. |
[10] | 胡晨星,丁杰,竺晓程,杜朝辉. 离心压气机蜗壳内非定常流场的动态模态分解[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2018, 52(9): 1044-1049. |
[11] | 吴军a, b,黎国强a,吴超勇a,程一伟c,邓超c. 数据驱动的滚动轴承性能衰退状态监测方法[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2018, 52(5): 538-544. |
[12] | 江春冬1,2,王景玉1,杜太行1,2,郝静1,3,龙超1. 基于变分模态分解算法的单通道无线电混合信号分离[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2018, 52(12): 1618-1626. |
[13] | 徐峰1,范春菊1,徐勋建2,李丽2,倪佳筠3. 基于变分模态分解和AMPSO-SVM耦合模型的滑坡位移预测[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2018, 52(10): 1388-1395. |
[14] | 李洋洋,史历程,万卫兵,赵群飞. 基于卷积神经网络的三维物体检测方法[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2018, 52(1): 7-12. |
[15] | 刘鹏寅1,2,陈进格1,沈昕1,竺晓程1,杜朝辉1. 风力机翼型在大攻角流场下的动力模态分解分析[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2017, 51(7): 805-811. |
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