基于数据分析的供水能耗分析管理系统的制作方法

本发明涉及供水控制，具体为基于数据分析的供水能耗分析管理系统。

背景技术：

1、城市供水系统中，供水能耗分析是通过能耗的计量、监测与管理，是实现节能减排的基础；供水中的水泵通常采用变频器控制，以调整水泵的运行速度。

2、存在以下方面缺陷：

3、1、目前的供水能耗分析系统根据分析某些数据点与正常数据不符合，则判断为能耗异常，存在分析判定不完善和不合理，不能够根据整体变化趋势，从整体判定是否存在异常。

4、2、目前的供水能耗控制技术在控制精度方面尚有提升空间，供水系统中存在很多复杂的参数，包括管道阻力、水头损失、水压变化等，这些参数会对水泵的运行产生影响，导致精准控制困难，从而增加了设备的工作负荷和动力消耗，这不仅增加了能源消耗，还导致设备过度磨损和故障率的提高，维护成本相应增加。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于数据分析的供水能耗分析管理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：基于数据分析的供水能耗分析管理系统，包括服务器和数据采集单元，数据采集单元采集信息并将其保存至服务器；还包括水耗分析单元、变化分析单元、损失分析单元和控制单元；

3、水耗分析单元通过将供水量和能耗量进行归一化数值处理并取其数值，对数值进行公式化分析得到水耗值，建立二维直角坐标系得到水耗值随时间的变化关系图；对水耗值随时间的变化关系图通过阈值判定将其分为高水耗、常规水耗和低水耗，对应的时间段分别为高峰时间段、常规时间段、低谷时间段；并将其发送至变化分析单元；

4、变化分析单元通过调取对应时间段的水耗值，并计算不同时间段的相邻时间的斜率，并将相邻天数的对应时间段的斜率进行变化度计算得到相邻天数中的不同时间段的变化度，调取若干天数中的相邻天数的变化度，将其进行求和操作得到不同时间段内的变化度均值；调取当前时间和当前时间的前一天时间的相邻天数的不同时间段的变化度，将不同时间段的变化度与对应时间段的变化度均值进行差值计算后进行综合公式化计算分析得到变化偏离值，将其与设定的区间进行比较分析生成资源浪费信号或者供水能耗偏离异常信号并将其发送至控制单元；

5、损失分析单元通过调取管道参数和组件参数，分别对管道参数和组件参数进行摩擦损失和阻力损失分析分别得到摩擦损失值和阻力损失值；将摩擦损失值和阻力损失值进行归一化处理取其数值，并对数值进行公式化分析得到系统损失值；将系统损失值、供水量、水泵效率通过公式计算分析得到最佳水泵功率，并据此得到水泵最佳功率区间[wl-z2,wl+z2]，并发送至控制单元；

6、控制单元接收到资源浪费信号或者供水能耗偏离异常信号时分别触发警报并以文字说明；当接收到水泵最佳功率区间[wl-z2,wl+z2]时，则控制水泵按照最佳功率区域进行运转。

7、优选地，对水耗值随时间的变化关系图通过阈值判定将其分为高水耗、常规水耗和低水耗，其中阈值判定的具体步骤为：

8、调取水耗值随时间的变化关系图，设定两条平行于横轴的阈值线，将水耗值随时间的变化关系图为分为三个部分，分别为高水耗、常规水耗和低水耗，并将高水耗、常规水耗和低水耗对应的时间段分别记为高峰时间段、常规时间段和低谷时间段；分别建立高耗集合、常规集合和低谷集合，将高峰时间段、常规时间段、低谷时间段以及对应的高水耗、常规水耗和低水耗分别保存至对应的集合。

9、优选地，计算变化度的具体步骤为：

10、调取相邻时刻点的水耗值的坐标，将其通过公式化计算得到相邻两点之间的斜率；分别调取相邻天数中的斜率值，并将其分别记为ka和kb，通过设定的公式计算得到变化度，其中分别表示的是相邻天数中的斜率平均值，r表示的是斜率的时刻点，r表示的是调取的所有斜率数量和；通过上述计算分别得到若干时间内的相邻两天的高峰时间段、常规时间段和低谷时间段的变化度，并将变化度分别进行求均值操作得到对应时间段内的变化度均值其中d表示的是第几天，d表示的是总天数，总天数为d时，则存在(d-1)个相邻两天的变化度；

11、优选地，通过摩擦损失分析得到摩擦损失值的具体步骤为：将整个管网分成若干个管道进行连接而成，并将其进行编号为m，获取不同时间段内的任一管道内的水流速vmp、水密度ρmp、管道直径dmp、管道长度lmp和黏性系数ηmp，将其代入设定的公式得到摩擦损失值rmp，其中a1、a2、a3、a4和a5分别为设定的比例系数。

12、优选地，通过阻力损失分析得到阻力损失值的具体步骤为：获取任一管道中的阀门，弯头和三通组件的类型，并统计对应类型的数量，将其分别记为f i、wj和so，设定与阀门，弯头和三通等组件分别对应一个类型系数，并将其记为xfi、xwj和xsk；将其通过设定公式计算得到阻力损失值lsm，其中。

13、优选地，水泵最佳功率区间生成的具体步骤为：调取摩擦损失值rmp和阻力损失值lsm，并将其通过设动的公式计算得到系统损失值rls，其中c1、c2和c3分别为设定的比例系数；

14、调取系统损失值rls、供水量e1和水泵效率值wη设定的公式计算得到最佳水泵功率wl，据此设定水泵最佳功率区间[wl-z2,wl+z2]，其中ep、f1m和f2m分别为设定的比例系数。

15、优选地，水泵效率值的生成步骤为：获取水泵同一时刻的流量值、水泵扬程值、水密度、运行电压和运行电流；将流量值g、水泵扬程值h和水密度ρ代入设定的公式计算得到水泵的输出功率p出；同时将运行电压u、运行电流i和水泵相关系数β通过p入＝u×i×β计算得到输入功率p入计算得到输入功率；将输出功率和输入公式进行比值计算到水泵效率值。

16、优选地，水泵相关系数的计算步骤为：获取水泵的类型、使用年限和维护次数，设定每种水泵类型均对应一个水泵系数，将水泵系数ye、使用年限ya和维护次数yc代入设定的公式得到水泵相关系数β，其中f3、f4和f5分别为设定的权重系数。

17、本发明的有益效果：

18、1、通过对供水量和能耗量进行分析得到水耗值，建立二维坐标系得到水耗值随着时间的变化关系图，计算每天不同时间段的相邻时刻的斜率，对斜率进行处理得到相邻两天的对应时间段的变化度，将其与不同时间段的变化度均值代入设定的公式计算得到变化偏离值，将其与设定的区间进行比较生成资源浪费信号或者供水能耗偏离异常信号并分别触发警报和文字；实现通过检测供水能耗的整体变化度的偏离程度并触发警报，可以帮助提高供水系统的效率、节约能源、提高供水质量和增强安全性。

19、2、通过对供水管网进行分解再综合地分析处理得到系统损失值；同时获取任一管道中阀门、弯头和三通组件的类型、数量和类型系数并分析得到最佳水泵功率，按照水泵的最佳高功率进行控制，能够将输入的电能尽可能地转化为机械能输出，实现水泵的运行的精准控制，从而达到节能降耗的目的；同时水泵在非最佳功率点处运行时容易产生流量脉动、压力波动等不稳定现象，这些现象会对水泵及其管路造成冲击和振动，从而加速设备的磨损，影响其使用寿命，而在最佳功率区间内运行可以减少这些不稳定现象，延长水泵的使用寿命。