【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及節能水泵機組監測領域。更具體地，本專利技術涉及一種節能水泵機組運行工況異常監測方法及系統。
技術介紹
1、節能水泵機組作為工業和民用領域中重要的流體輸送設備，其能耗占據了相當大的比例。據統計，在許多工業生產過程中，節能水泵的能耗可達到總能耗的30%以上。因此，提高節能水泵機組的運行效率，減少能源浪費，對于實現節能減排目標具有重要意義。
2、節能水泵機組在運行過程中可能會出現各種工況異常，如軸承損壞、葉輪磨損、泵體氣蝕等，這些異常不僅會導致節能水泵效率下降，增加能耗，還可能引發設備故障，影響生產安全，因此，實時監測節能水泵機組的運行工況，及時發現并處理異常情況，對于保障設備安全、穩定和高效運行至關重要。
3、現有公開號為cn118378524a的中國專利申請文件公開了一種水泵機組健康趨勢預測及其模型訓練方法，該方法包括：構建水泵機組全工況健康模型；隨后用監測值和所述全工況健康模型輸出的標準值之間的距離表征水泵機組的劣化度；并計算水泵機組歷史劣化度；最后以所述歷史劣化度為訓練集，預測值作為目標變量，對所述劣化預測模型進行擬合訓練。用訓練好的水泵機組劣化預測模型進行水泵機組的健康預測。
4、但是，節能水泵機組的運行狀態與時間長度有關系，模型的輸入長度會影響到模型輸出的準確性，上述申請文件直接將各種工況下揚程、轉速、有功功率和導葉開度作為模型輸入，并未考慮到輸入數據的尺寸，會出現節能水泵機組預測結果不準確的問題。
技術實現思路
1、為解決節
2、第一方面，本專利技術公開一種節能水泵機組運行工況異常監測方法，包括：按照預設采樣間隔獲取節能水泵預處理后的運行數據和狀態標簽，運行數據包括末梢壓力數據、頻率數據、功率數據和流量數據；將任一采樣時刻作為目標時刻，以目標時刻為中心、預設長度為窗口尺寸構建目標窗口，計算目標時刻的末梢壓力穩定性和頻率穩定性，計算目標時刻的功率數據和流量數據的相似性；計算以預設長度為窗口尺寸的節能水泵易區分度，遍歷獲得不同長度的窗口，將節能水泵易區分度的最大值對應的窗口尺寸作為最佳參考尺寸；將最佳參考尺寸對應的節能水泵特征輸入預設神經網絡，節能水泵特征包括末梢壓力穩定性、頻率穩定性和相似性，輸出節能水泵運行工況，完成工況監測；其中，節能水泵易區分度滿足關系式：，表示窗口尺寸為時節能水泵易區分度，表示窗口尺寸為時第類狀態標簽第種節能水泵特征的方差，表示窗口尺寸為時第種節能水泵特征的方差。
3、通過構建目標窗口并計算末梢壓力穩定性和頻率穩定性，以及功率數據和流量數據的相似性，能夠揭示節能水泵在不同時間尺度上的動態特性和潛在異常。通過計算不同窗口尺寸下的節能水泵易區分度，并選擇使易區分度最大化的窗口尺寸作為最佳參考尺寸，能夠確定最能代表水泵運行特征的時間窗口，從而為水泵的運行狀態提供最準確的描述。
4、優選的，所述計算目標時刻的末梢壓力穩定性和頻率穩定性包括：將窗口中除目標時刻外的采樣時刻作為參考時刻；末梢壓力穩定性滿足關系式：，表示目標時刻的末梢壓力穩定性，表示目標時刻的末梢壓力數據，表示參考時刻的末梢壓力數據，表示窗口尺寸，表示指數函數；根據末梢壓力穩定性的計算方法獲得頻率穩定性。
5、能夠綜合考慮多個時間點的壓力數據，從而更全面地評估目標時刻的穩定性，也反映了實際系統中壓力變化對系統穩定性的影響。
6、優選的，所述計算目標時刻的末梢壓力穩定性和頻率穩定性還包括：將窗口中除目標時刻外的采樣時刻作為參考時刻；分別獲得目標窗口的左側觀測窗口和右側觀測窗口，左側觀測窗口和右側觀測窗口的窗口尺寸與目標窗口的窗口尺寸一致；末梢壓力穩定性滿足關系式：
7、，表示目標時刻的末梢壓力穩定性，表示目標時刻的末梢壓力數據，表示參考時刻的末梢壓力數據，表示窗口尺寸，表示指數函數，表示目標窗口中末梢壓力數據的方差，表示左側觀測窗口中末梢壓力數據的方差，表示右側觀測窗口中末梢壓力數據的方差，表示歐式距離；根據末梢壓力穩定性的計算方法獲得頻率穩定性。
8、綜合考量目標時刻的末梢壓力數據與左右兩側觀測窗口的壓力數據，利用方差和歐式距離來評估壓力的波動情況，能夠捕捉到壓力在時間序列上的動態變化，也能夠衡量壓力在目標時刻及其鄰近時刻的離散程度，從而評估壓力的波動性。
9、優選的，所述目標時刻的功率數據和流量數據的相似性包括：分別計算目標窗口中功率數據的功率標準差和流量數據的流量標準差，并計算功率標準差和流量標準差的乘積；計算功率數據和流量數據的協方差，將協方差和乘積的比值作為目標時刻的相似性。
10、能夠量化兩個不同物理量在統計特性上的相似程度。標準差反映了數據的離散程度，而協方差則描述了兩個變量之間的線性關系。通過將協方差與標準差乘積的比值作為相似性的度量，該方案能夠捕捉到功率和流量數據在變化趨勢和幅度上的一致性。
11、優選的，所述目標時刻的功率數據和流量數據的相似性還滿足關系式：
12、，表示相似性，表示目標窗口中的功率序列，表示目標窗口中的流量序列，表示二范數，表示指數函數。
13、能夠捕捉到功率和流量數據在目標窗口內的變化趨勢和幅度的相似性。通過計算這兩個序列的相似性，可以評估它們在時間序列上的一致性。
14、優選的，所述預設神經網絡為bp網絡，bp網絡包括輸入層、隱藏層和輸出層，輸入層用于接收任一采樣時刻的節能水泵特征，隱藏層對輸入信息進行特征提取后，將提取到的特征輸入到輸出層以輸出任一采樣時刻節能水泵運行工況的預測值。
15、優選的，所述預設神經網絡的訓練過程包括：將歷史中任一采樣時刻的最佳參考尺寸的節能水泵特征作為輸入信息，并將歷史中任一采樣時刻節能水泵運行工況的真實值作為標簽，得到一組訓練數據；將訓練數據中的輸入信息輸入預設神經網絡，得到輸出結果；通過輸出結果和標簽計算預設神經網絡的損失值，根據損失值反向傳播誤差信號，更新預設神經網絡的網絡參數，使損失值變小；迭代地更新預設神經網絡的網絡參數，當預設神經網絡達到設定的最大訓練次數或網絡損失值小于設定損失值時，停止更新，得到訓練好的預設神經網絡。
16、第二方面，本專利技術公開一種節能水泵機組運行工況異常監測系統，包括：處理器；以及存儲器，所述存儲器存儲有計算機指令，當所述計算機指令由處理器運行時，使得系統執行上述的一種節能水泵機組運行工況異常監測方法。
17、本專利技術的有益效果：
18、1、本專利技術通過綜合分析節能水泵的末梢壓力、頻率、功率和流量數據，提供了一種全面的水泵運行工況異常監測方法。能夠從多個維度捕捉水泵的運行狀態，通過計算目標時刻的末梢壓力穩定性和頻率穩定性，以及功率數據和流量數據的相似性，可以定量地評估水泵在特定時刻的運行穩定性。這種穩定性的計算不僅考慮了時間序列上的壓力和頻率變化，還通過引入左側和右側觀測窗口，進一步增強了對水泵運行狀態變化本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種節能水泵機組運行工況異常監測方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種節能水泵機組運行工況異常監測方法，其特征在于，所述計算目標時刻的末梢壓力穩定性和頻率穩定性包括：
3.根據權利要求1所述的一種節能水泵機組運行工況異常監測方法，其特征在于，所述計算目標時刻的末梢壓力穩定性和頻率穩定性還包括：
4.根據權利要求1所述的一種節能水泵機組運行工況異常監測方法，其特征在于，所述目標時刻的功率數據和流量數據的相似性包括：
5.根據權利要求1所述的一種節能水泵機組運行工況異常監測方法，其特征在于，所述目標時刻的功率數據和流量數據的相似性還滿足關系式：
6.根據權利要求1所述的一種節能水泵機組運行工況異常監測方法，其特征在于，所述預設神經網絡為BP網絡，BP網絡包括輸入層、隱藏層和輸出層，輸入層用于接收任一采樣時刻的節能水泵特征，隱藏層對輸入信息進行特征提取后，將提取到的特征輸入到輸出層以輸出任一采樣時刻節能水泵運行工況的預測值。
7.根據權利要求1所述的一種節能水泵機組運行工況異常監測方法，其特征在
8.一種節能水泵機組運行工況異常監測系統，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種節能水泵機組運行工況異常監測方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種節能水泵機組運行工況異常監測方法，其特征在于，所述計算目標時刻的末梢壓力穩定性和頻率穩定性包括：
3.根據權利要求1所述的一種節能水泵機組運行工況異常監測方法，其特征在于，所述計算目標時刻的末梢壓力穩定性和頻率穩定性還包括：
4.根據權利要求1所述的一種節能水泵機組運行工況異常監測方法，其特征在于，所述目標時刻的功率數據和流量數據的相似性包括：
5.根據權利要求1所述的一種節能水泵機組運行工況異常監測方法，其特...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張勇華，袁波，張曉雯，張會明，劉文強，高衛衛，任玉香，晏清洪，盛健虎，董芝麗，
申請(專利權)人：山東科源供排水設備工程有限公司，
類型：發明
國別省市：
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