張檢保傅仁軒

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1 系統(tǒng)架構(gòu)

能源預(yù)測(cè)調(diào)度系統(tǒng)分為三層：數(shù)據(jù)采集層、調(diào)度監(jiān)控層、管理優(yōu)化分析層。數(shù)據(jù)采集層主要是對(duì)制水、供水實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的獲取。調(diào)度監(jiān)控層：實(shí)現(xiàn)對(duì)制水、供水測(cè)量點(diǎn)監(jiān)控、并能根據(jù)能源需求進(jìn)行能源調(diào)度。管理優(yōu)化分析層：實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析，包括節(jié)能潛力分析、企業(yè)節(jié)能方向明確、能源預(yù)測(cè)模型效果評(píng)定等功能。

2 主要內(nèi)容

能源預(yù)測(cè)調(diào)度系統(tǒng)通過(guò)SCADA系統(tǒng)對(duì)水廠產(chǎn)水供水各類設(shè)備性能狀態(tài)、耗能數(shù)據(jù)以及抄表系統(tǒng)獲取、分析、能源預(yù)測(cè)模型建設(shè)和應(yīng)用、能源調(diào)度方案科學(xué)制定，能源調(diào)度方案的有效及時(shí)執(zhí)行，從而達(dá)到生產(chǎn)安全、運(yùn)行穩(wěn)定、節(jié)約能源、低碳環(huán)保的目標(biāo)。其研究主要內(nèi)容如下：

（1）通過(guò)能源預(yù)測(cè)模型建設(shè)，實(shí)現(xiàn)能源需求比較精確預(yù)測(cè)

根據(jù)生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)（水源取水位、渾濁度、酸堿度、清水池水位等數(shù)據(jù)），及供水（管網(wǎng)壓力、流量、加壓泵工作狀態(tài)）的相關(guān)數(shù)據(jù)，篩選出水廠產(chǎn)供過(guò)程中影響能源需求主要的、關(guān)鍵的因素，作為能源預(yù)測(cè)模型的輸入層，并通過(guò)能源預(yù)測(cè)模型的訓(xùn)練、優(yōu)化、驗(yàn)證，最終實(shí)現(xiàn)能源預(yù)測(cè)模型根據(jù)水廠的生產(chǎn)供給的情況，制定比較準(zhǔn)確的、實(shí)時(shí)的能源需求計(jì)劃。以下為幾種常用的能源預(yù)測(cè)模型：

①灰色模型

將原始數(shù)據(jù)序列累加生成為近似有指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)的數(shù)列，構(gòu)造微分方程，對(duì)求得的解進(jìn)行累減還原，本模型可用于長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)，分別使用能源需求穩(wěn)步發(fā)展和趨于飽和的情況。

能源需求穩(wěn)步發(fā)展的情況：

若能源需求呈現(xiàn)指數(shù)型曲線類型，采用適于指數(shù)增長(zhǎng)型年的一元一階灰色模型GM（1，1）。

式中a為發(fā)展系數(shù)，u為作用系數(shù)，k為時(shí)間標(biāo)度。

能源需求發(fā)展趨于飽和的情況：

年負(fù)荷變化呈現(xiàn)G（Gompertz）型曲線類型，可采用附加殘差的灰色模型。

對(duì)于能源需求變化由漸增、快速增加到趨于飽和的情況，呈現(xiàn)Sigmoid型曲線，由改進(jìn)的GM（1，1）模型，即對(duì)原始數(shù)據(jù)序列用指數(shù)加權(quán)法進(jìn)行改造。

②基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)模型

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能通過(guò)權(quán)數(shù)（及閾值）調(diào)整機(jī)制確定輸入與輸出的內(nèi)在復(fù)雜關(guān)系。這種關(guān)系并不像函數(shù)關(guān)系那樣由明顯的函數(shù)關(guān)系式表達(dá)出來(lái)，但是非常逼近于實(shí)際發(fā)生的輸出對(duì)于輸入的響應(yīng)。在能源需求預(yù)測(cè)中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以有不同的應(yīng)用方式，既可以用于以多種影響因素作輸入的日負(fù)荷的預(yù)測(cè)，也可以用于以小時(shí)負(fù)荷時(shí)間序列為輸入的小時(shí)負(fù)荷預(yù)測(cè)。水廠產(chǎn)量取決于大量的不確定性因素，要找出系統(tǒng)內(nèi)部的變化機(jī)理及各類因素之間相互影響的明確關(guān)系是比較困難的，使得回歸預(yù)測(cè)分析方法在產(chǎn)水量預(yù)測(cè)過(guò)程中的應(yīng)用受到限制。對(duì)于不易建立精確數(shù)學(xué)模型、具有多種不確定性和非線性的系統(tǒng)，應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）和模糊邏輯系統(tǒng)（FLS）等智能預(yù)測(cè)方法往往可以處理傳統(tǒng)方法難以解決的問(wèn)題。（2）實(shí)現(xiàn)對(duì)水廠能源調(diào)度管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通過(guò)多種通信方式（TCP/IP網(wǎng)絡(luò)、串口等）與水池DCS系統(tǒng)、供水SCADA進(jìn)行通信，并通過(guò)DCS和SCADA實(shí)現(xiàn)對(duì)制水、供水產(chǎn)供全過(guò)程中的耗能設(shè)備進(jìn)行啟?？刂?、功率調(diào)節(jié)等調(diào)度決策。

（3）建立能源消耗評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源預(yù)測(cè)模型評(píng)價(jià)

針對(duì)分配給各級(jí)調(diào)度單元的生產(chǎn)任務(wù)，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并根據(jù)水廠生產(chǎn)供給、設(shè)備運(yùn)行管理，進(jìn)行能源供需、能耗實(shí)績(jī)與計(jì)劃的比較，用以指導(dǎo)能源調(diào)度管理工作，提高能源調(diào)度管理水平和能源調(diào)度管理效率。包括能源指標(biāo)、能源供需計(jì)劃、能源供需實(shí)績(jī)、單位產(chǎn)品能耗分析等。通過(guò)建立客觀的以數(shù)據(jù)為依據(jù)的能源消耗評(píng)價(jià)體系，能對(duì)設(shè)備節(jié)能潛力、能源預(yù)測(cè)模型做出客觀評(píng)估，作為系統(tǒng)持續(xù)改進(jìn)的依據(jù)。

結(jié)語(yǔ)

（1）能源預(yù)測(cè)調(diào)度系統(tǒng)通過(guò)DCS和SCADA系統(tǒng)對(duì)水廠產(chǎn)水、供水過(guò)程中所有能源信息的采集、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)水源地取水、水廠制水、管網(wǎng)配水、大客戶用水等多環(huán)節(jié)能耗設(shè)備全方位監(jiān)測(cè)；（2）通過(guò)對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中水源取水位、渾濁度、酸堿度，及供水管網(wǎng)壓力、流量等參數(shù)值，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)能源需求比較精確的預(yù)測(cè)、產(chǎn)水供水能源調(diào)度方案制定，并通過(guò)和SCADA系統(tǒng)通信實(shí)現(xiàn)對(duì)耗能設(shè)備功率的控制；（3）通過(guò)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)跟蹤和了解重點(diǎn)能源設(shè)備的運(yùn)行情況、運(yùn)行曲線、重要參數(shù)的歷史趨勢(shì)、檢修記錄、現(xiàn)場(chǎng)備品備件情況，為能源管理提供支撐；（4）通過(guò)建立以客觀數(shù)據(jù)為參考依據(jù)的能源綜合評(píng)價(jià)體系，能對(duì)設(shè)備節(jié)能潛力、能源預(yù)測(cè)模型做出客觀評(píng)估，并作為能源預(yù)測(cè)調(diào)度系統(tǒng)持續(xù)改進(jìn)的依據(jù)，最終達(dá)到生產(chǎn)安全、運(yùn)行穩(wěn)定、節(jié)約能源、低碳環(huán)保的目標(biāo)。

[1]王學(xué)文.能源管理系統(tǒng)的發(fā)展[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2007（06）.

[2]李向軍，孫彥文.冶金能源管理系統(tǒng)EMS[C].科技資訊，2008（10）.

[3]田忠.數(shù)據(jù)挖掘在節(jié)能領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].信息與電腦（理論版），2015（13）.