(19)中华 人民共和国 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 202111574878.2 (22)申请日 2021.12.21 (71)申请人 中国电建集团华 东勘测设计 研究院 有限公司 地址 310014 浙江省杭州市潮王路2 2号 (72)发明人 李高会　崔伟杰　侯靖　杨飞　 周天驰　李路明　 (74)专利代理 机构 浙江杭州金通专利事务所有 限公司 3 3100 代理人 吉靖　刘晓春 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种复杂输水系统特征频率获取的模块化 实现方法 (57)摘要 本发明提供一种复杂输水系统特征频率获 取的模块化实现方法， 包括如下步骤： S1： 将复杂 输水系统分解成独立的简单元素， 所述简单元素 包括弹性管道元素、 刚性管道元素、 阻抗元素、 调 压室元素、 水库元素、 振荡阀门元素、 水轮机元 素； S2： 按顺序将简单元素以及简单元素所相邻 的节点依次进行编号； S3： 将复杂输水系统分解 后的简单元素依次编译成子矩阵表达式； S4： 构 建输水系统总矩阵； S5： 确定激励输入节点、 响应 输出节点； S6： 求解输 水系统总矩阵， 确定系统的 频率响应特性。 本发明以结构矩阵法为基本原 理， 将各水力元素分块建模， 构建的元素的矩阵 形式不因输水系统布置的变化而变化， 模块化程 度高。 权利要求书4页 说明书8页 附图2页 CN 114417562 A 2022.04.29 CN 114417562 A 1.一种复杂输水系统特征频率获取的模块化实现方法， 其特征在于： 所述复杂输水系 统特征频率获取的模块 化实现方法包括如下步骤： S1： 将复杂输水系统分解成独立的简单元素， 所述简单元素包括弹性管道元素、 刚性管 道元素、 阻抗元 素、 调压室元 素、 水库元 素、 振荡阀门元 素、 水轮机元 素； S2： 按顺序将简单 元素以及简单 元素所相邻的节点依次进行编号； S3： 将复杂输水系统分解后的简单 元素依次编译成子矩阵表达式； S4： 构建输水系统总矩阵； S5： 确定激励输入节点、 响应输出节点； S6： 求解输水系统总矩阵， 确定系统的频率响应特性。 2.根据权利要求1所述的复杂 输水系统特征频率获取的模块化实现方法， 其特征在于： 步骤S1中： 简单 元素定义原则为有流 量流入或流出的水力元 素： 若流量的流入或流出都 发生在同一个端点， 则认为是 单端点元 素； 若流量的流入或流出发生在不同的端点， 则认为是多 端点元素。 3.根据权利要求1所述的复杂 输水系统特征频率获取的模块化实现方法， 其特征在于： 阻抗元素为水道中在水力学 上具有高度的相似性的 的水力元 素； 振荡阀门元 素为阀门开度能做不受水头状态直接影响的周期性变化的阀门。 4.根据权利要求1所述的复杂 输水系统特征频率获取的模块化实现方法， 其特征在于： 步骤S2中： 节点分为 实节点和虚节点， 实节 点指的是划分各水力元素之 间的节点， 虚节点主 要对应于水力元素中的虚拟端点； 对于节点编号的排序方式为先按输水系统的水力元素组 成顺序依次对各实节点进行编号， 再按顺序对虚拟节点进行编号。 5.根据权利要求1所述的复杂 输水系统特征频率获取的模块化实现方法， 其特征在于： 步骤S3中： 元 素子矩阵的维数等于水力元 素的实端点和虚端点之和； 弹性管道的元 素矩阵为： 式中： s为拉普拉斯算子； ρ 为阿列维管道常数； Q0为参考流量， H0为 参考水头， α 为单位长度水头损失系数； a为水击波速； L为管道长度； qi为流入i节点的流量； qj为流入j节点的流 量； hi为i节点的水头； hj为j节点的水头； 刚性管道的元 素矩阵为：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114417562 A 2式中： Tw为管道水流加速时间常数； s为拉普拉斯算子； β 为管道水头损 失系数， Q0 为参考流量， H0为参考水头； qi为流入i节点的流量； qj为流入j节点的流量； hi为i节点的水 头； hj为j节点的水头； 阻抗元素的矩阵为： 式中： β为管道水头损失系数， Q0为参考流量， H0为参考水头； qi为流入i节点的流 量； qj为流入j节点的流 量； hi为i节点的水头； hj为j节点的水头； 调压室的元 素矩阵为： 式中： As为调压室断面积； s为拉普拉斯算子； Q0为参考流量， H0为参考水头； qi为流入i节点的 流量； hi为i节点的水头； 水库的元 素矩阵为： 式中： β为管道水头损失系数， Q0为参考流量， H0为参考水头； qi为流入i节点的流 量； hi为i节点的水头； 振荡阀门的元 素矩阵：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114417562 A 3