黃春燕 龍州縣水利供水有限公司

一、引言

供水泵站運(yùn)行過程中存在耗能的環(huán)節(jié)。通過對水泵機(jī)組操作方式的調(diào)整已經(jīng)不能滿足供水泵站節(jié)能降耗工作的更高要求。在對供水泵站機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析過程中，發(fā)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行效率的高低與調(diào)節(jié)池水文的變化密切相關(guān)，因此采用大數(shù)據(jù)技術(shù)來幫助找到機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)和特征規(guī)律，從而得到更加科學(xué)的節(jié)能方案，實(shí)現(xiàn)低成本高效運(yùn)行目標(biāo)。

二、大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)功能的發(fā)揮是建立在海量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析不同，大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠從更多的維度對數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，找到數(shù)據(jù)內(nèi)在關(guān)聯(lián)，并發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)演變的趨勢。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)可以更好地優(yōu)化供水泵站運(yùn)行方案策略，降低能耗。

三、供水泵站機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀

供水泵站機(jī)組運(yùn)行過程中，水泵效率與性能曲線存在虛標(biāo)，因此實(shí)驗(yàn)室理論條件下測定的數(shù)據(jù)與實(shí)際環(huán)境中運(yùn)行數(shù)據(jù)存在偏差。由于供水泵站供水流量需要調(diào)整變化，因此大多采用工頻水泵和變頻水泵協(xié)同運(yùn)行的情況，這樣會(huì)導(dǎo)致水泵之間相互干擾。調(diào)節(jié)池液位處于變化狀態(tài)，水泵組合的種類多且耦合性強(qiáng)，依賴過去運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，難以綜合海量信息，泵組啟停組合方式缺乏靈活性，不能滿足水泵機(jī)組更高的節(jié)能運(yùn)行目標(biāo)。

四、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在供水泵站節(jié)能降耗的應(yīng)用

針對不同水泵之間存在相互干擾的情況，利用大數(shù)據(jù)對單臺水泵進(jìn)行節(jié)能研究。具體的方法是控制水泵泵前壓力和泵后壓力，檢測水泵在不同頻率下的輸水量，然后根據(jù)流量效率曲線得到不同流量下的水泵最佳工作頻率。在大數(shù)據(jù)技術(shù)下，通過繼續(xù)學(xué)習(xí)模型建立泵組運(yùn)行模擬狀況，對不同泵組運(yùn)行啟停方式進(jìn)行模擬預(yù)測，找到不同調(diào)節(jié)池液位、不同輸水量條件下的泵組運(yùn)行最佳啟停方案，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。

具體研究的過程中首先需要完善數(shù)據(jù)，對調(diào)節(jié)池液位缺失的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，對水泵的泵前泵后壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，完善數(shù)據(jù)庫。建立函數(shù)，條件參數(shù)包括水泵啟停狀態(tài)、變頻器頻率、調(diào)節(jié)池液位，輸出參數(shù)為水泵輸水量、耗電量。建立數(shù)據(jù)模型，找到不同調(diào)節(jié)池液位和輸水量條件下的最節(jié)能的水泵啟停方案。

首先，對供水泵站總供水量進(jìn)行分析。根據(jù)供水量和平均耗電量的關(guān)系可以得到單位時(shí)間如果供水量相同時(shí)，耗電量是有差別的。因此，根據(jù)平均耗電量最小情況來確定泵組啟停運(yùn)行方式。

其次，對單臺水泵能耗進(jìn)行分析。供水泵站的總供水量和總水泵能耗不能詳細(xì)反映每臺水泵的運(yùn)行工況及能耗，因此還要對單臺水泵運(yùn)行情況和能耗進(jìn)行分析。對于水泵前或水泵后壓力傳感器數(shù)據(jù)缺失的情況應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)完善或修正。分析過程中，對于泵前或泵后壓力出現(xiàn)顯著變化的情況應(yīng)找出問題。泵后出水流量傳感器出現(xiàn)極大的數(shù)值時(shí)，可以檢查下方位機(jī)和上方位機(jī)控制系統(tǒng)。然后根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果來確定每臺泵理論工作效率。

對不同泵組合運(yùn)行效率進(jìn)行分析，變頻泵、工頻泵、變頻泵+工頻泵運(yùn)行效率進(jìn)行對比，找到效率最高的泵運(yùn)行方式。

對供水泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗整理。測試數(shù)據(jù)以年度為單位，在分析過程中，先對數(shù)據(jù)缺失不全的字段進(jìn)行修復(fù)。調(diào)節(jié)池液位數(shù)據(jù)采集頻率大約每小時(shí)一次，自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺采集的數(shù)據(jù)頻率約每五分鐘一次。信息收集采用人工手抄數(shù)據(jù)并錄入到信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。應(yīng)確保泵前壓力傳感器裝置運(yùn)行穩(wěn)定，保障讀數(shù)信息采集有較好的連貫性。將人工測量讀數(shù)和水泵前壓力數(shù)值建立線性關(guān)系，根據(jù)線性方程來矯正樣例數(shù)據(jù)集中的調(diào)節(jié)池液位人工測量數(shù)據(jù)。

對單臺水泵輸水量建立分析模型。例如變頻水泵的輸水量與調(diào)節(jié)池液位參數(shù)以及水泵變頻器頻率參數(shù)有關(guān)，因此分布繪制調(diào)節(jié)池液位和水泵變頻器頻率兩個(gè)變量與水泵輸水量之間的散點(diǎn)關(guān)系。水泵變頻器與輸水量之間存在很強(qiáng)的函數(shù)關(guān)系。如果函數(shù)關(guān)系圖像上顯示統(tǒng)一條狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的點(diǎn)與同樣的變頻器頻率有較為嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，即說明水泵的輸水量主要受調(diào)節(jié)池液位和變頻器頻率影響。如果函數(shù)關(guān)系圖像上顯示在限定水泵頻率的前提下，水泵輸水量和調(diào)節(jié)池液位之間呈現(xiàn)出方差很大的函數(shù)關(guān)系，那么說明還有其他因素在影響水泵輸水量。結(jié)合實(shí)際運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，很可能是其他水泵的啟停狀態(tài)對該水泵的工作性能造成了影響。

采用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，采用決策樹算法來驗(yàn)證是否向統(tǒng)一總管中輸水的水泵會(huì)出現(xiàn)水泵運(yùn)行之間的相互影響。決策樹算法對學(xué)習(xí)準(zhǔn)確率的計(jì)算方法為：

公式中，y代表水泵實(shí)際輸水量；代表決策樹算法得出的輸水量；代表沒有任何經(jīng)驗(yàn)的情況下，使用歷史數(shù)據(jù)均值得到的輸水量。假設(shè)學(xué)習(xí)準(zhǔn)確率為96%，則表明該算法消除了平均猜測帶來的96%的誤差。

通過決策樹算法的分析，得到水泵運(yùn)行狀態(tài)信息，如某臺水泵在高頻率運(yùn)行的過程中，輸水量是否受到其他泵啟停狀態(tài)的影響；某臺水泵在高頻率運(yùn)行過程中，輸水量是否受到調(diào)節(jié)池液位的影響；某臺水泵在中等頻率運(yùn)行過程中，輸水量是否受到調(diào)節(jié)池液位的影響；某臺水泵在低頻率運(yùn)行過程中，是否受到其他水泵啟停狀態(tài)影響。實(shí)際上，采用決策樹算法能夠發(fā)現(xiàn)更加復(fù)雜的水泵運(yùn)行規(guī)律。通過不斷嘗試，得到供水泵站水泵輸水量最優(yōu)水平，同時(shí)能耗在最低范圍內(nèi)。

五、結(jié)語

節(jié)能降耗是供水泵站運(yùn)行管理的工作目標(biāo)之一。通過對水泵機(jī)組操作方式的調(diào)整已經(jīng)不能滿足供水泵站節(jié)能降耗工作的更高要求。針對供水泵站運(yùn)行過程中可能存在的能耗較大的節(jié)點(diǎn)。通過采用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對供水泵站機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行完善和分析，找到供水泵機(jī)組運(yùn)行效率的高低與調(diào)節(jié)池液位以及其他水泵啟停狀態(tài)變化之間的關(guān)系。采用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以幫助找到機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)和特征規(guī)律，得到更加科學(xué)的節(jié)能方案，實(shí)現(xiàn)供水泵站低成本高效運(yùn)行目標(biāo)。