Pressure pulsation forecasting in pump-turbines via variational mode decomposition and optimized gated recurrent unit-attention network

非线性系统 物理 人工神经网络 模式(计算机接口) 空化 连接(主束) 应用数学 动态模态分解 分解 控制理论(社会学) 算法 数据驱动 希尔伯特-黄变换 实验数据 循环神经网络 机制(生物学) 振幅 压力测量 机械 压力传感器
作者
Yawei Bai,Shengnan Yan,Yi Zhao,Hongkun Wu,Liangsheng He,Zhenggui Li,Qin Zhao,Fang Chen
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:38 (1)
标识
DOI:10.1063/5.0304631
摘要

In order to solve the challenge posed by the strong nonlinearity of pressure pulsation data in the runner region of pump-turbines for the prediction of cavitation faults, this study utilizes neural networks to explore the potential connection between cavitation coefficients and pressure pulsations. The Variational Mode Decomposition-Dung Beetle Optimizer-Gated Recurrent Unit-Attention (VMD-DBO-GRU-Attention) composite model is applied for pressure pulsation prediction to identify cavitation faults. Based on the measured data of a unit, a single gated recurrent unit-attention (GRU) model, a GRU combined with Attention mechanism model, and the newly constructed VMD-DBO-GRU-Attention model are compared for prediction. After evaluation of the prediction results, the VMD-DBO-GRU-Attention model accurately portrays the nonlinear signals of pressure pulsation, and the prediction curves are highly consistent with the trend of the actual values, with a number of error indicators better than those of the comparison model. Meanwhile, by analyzing the pressure pulsations at the three positions, including between the runner and the top cover, and comparing them with the actual engineering data, the method can predict the operating status of the unit more than 15 min in advance, which shows good engineering practical value.
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