一种基于供水管网模型的调流阀开度预测调度方法、装置及电子设备与流程

本发明涉及供水管网智能调度，特别是涉及一种基于供水管网模型的调流阀开度预测调度方法、装置及电子设备。

背景技术：

1、当前城市供水管网调度普遍采用epanet等水力模型进行稳态或瞬态计算，结合scada系统实时监测压力、流量，由人工或半自动方式调节调流阀开度，以实现压力均衡、流量分配、降低漏损与爆管风险。调流阀作为管网核心调节设备，其开度直接决定阀前后压力、管段流量与全局水力状态。

2、现有调流阀调度技术存在以下缺陷和不足：

3、(1)依赖厂家提供的kv-开度曲线或阻力系数k-开度曲线，而这些曲线与现场阀门因结垢、磨损、老化后的真实特性偏差很大。

4、(2)在流量水头损失未知的情况下，管网水力模型只能由开度或阻力系数计算压力流量，无法由目标流量、阀后压力直接反求阀门开度，需要人工反复试算，效率低且误差大。

5、(3)阀门水力模型为静态模型，无法随着运行数据的积累动态更新，导致调度精度随时间持续下降。

6、(4)缺少“预测-仿真-执行-反馈”的闭环机制，难以应对时变工况、阀门卡涩及压力波动。此外，常规模型难以精准匹配调流阀的非线性特性，在低流量和高流量场景下极易产生不准确的情况。

7、因此，提出一种基于供水管网模型的调流阀开度预测调度方法、装置及电子设备。

技术实现思路

1、本说明书提供一种基于供水管网模型的调流阀开度预测调度方法、装置及电子设备，实现了数据驱动的阀门特性自学习与闭环预测调度，开度预测精度高，自适应性强，大幅提升了管网调度的自动化水平与运行稳定性。

2、本说明书提供一种基于供水管网模型的调流阀开度预测调度方法，包括：

3、获取调流阀在多个不同开度下的阻力系数，形成样本数据集；

4、基于所述样本数据集，建立开度与阻力系数的映射关系模型；

5、根据预设目标流量和目标阀后压力，结合供水管网水力模型所确定的阀前压力，计算所需的目标阻力系数；

6、将所述目标阻力系数输入所述映射关系模型，反求得到预测开度；

7、将所述预测开度赋予所述供水管网水力模型进行水力仿真校验，若校验结果不满足预设条件，则修正所述映射关系模型并重新反求，直至得到最优开度；

8、将所述最优开度输出以执行调度，并利用调度后采集的实时运行数据更新所述映射关系模型。

9、可选的，所述获取调流阀在多个不同开度下的阻力系数，包括：

10、当存在历史运行数据时，采集阀门开度、流量、阀前压力和阀后压力，将压力换算为水头后，按局部水头损失公式反算得到阻力系数k1；

11、当无历史运行数据时，基于流量系数kv与开度的关系曲线，换算得到阻力系数k2：

12、

13、其中，为重力加速度，d为阀门直径。

14、可选的，所述获取调流阀在多个不同开度下的阻力系数，形成样本数据集之前，包括：

15、剔除流量小于预设流量阈值、水头差小于或等于零、开度小于1%或大于99%的数据；

16、剔除启停冲击、水锤及传感器故障引起的跳变数据；

17、剔除同一开度下阻力系数离散度超过30%的异常数据组。

18、可选的，所述基于所述样本数据集，建立开度与阻力系数的映射关系模型，包括：

19、当o≤20%时，；

20、当20%

21、当o>80%时，k=kmin；

22、其中，、、、、kmin均是通过非线性最小二乘法拟合得到常数参数。

23、可选的，所述根据预设目标流量和目标阀后压力，结合供水管网水力模型所确定的阀前压力，计算所需的目标阻力系数，包括：

24、

25、

26、其中，为目标阻力系数，为过流面积，为需求水头差，为目标流量，为阀前水头，为目标阀后水头。

27、可选的，所述当存在历史运行数据时，采集阀门开度、流量、阀前压力和阀后压力，将压力换算为水头后，按局部水头损失公式反算得到阻力系数k1，包括：

28、

29、

30、

31、其中，为流量，为阀后水头。

32、可选的，所述利用调度后采集的实时运行数据更新所述映射关系模型，包括：

33、按设定周期利用积累的全量运行数据重新拟合所述映射关系模型；

34、设置告警机制，当监测到同一开度下阻力系数的偏移超过预设阈值时，发出阀门检修提示。

35、本说明书提供一种基于供水管网模型的调流阀开度预测调度装置，包括：

36、获取模块，用于获取调流阀在多个不同开度下的阻力系数，形成样本数据集；

37、建立模块，用于基于所述样本数据集，建立开度与阻力系数的映射关系模型；

38、计算模块，用于根据预设目标流量和目标阀后压力，结合供水管网水力模型所确定的阀前压力，计算所需的目标阻力系数；

39、反求模块，用于将所述目标阻力系数输入所述映射关系模型，反求得到预测开度；

40、校验模块，用于将所述预测开度赋予所述供水管网水力模型进行水力仿真校验，若校验结果不满足预设条件，则修正所述映射关系模型并重新反求，直至得到最优开度；

41、更新模块，用于将所述最优开度输出以执行调度，并利用调度后采集的实时运行数据更新所述映射关系模型。

42、可选的，所述获取模块，包括：

43、当存在历史运行数据时，采集阀门开度、流量、阀前压力和阀后压力，将压力换算为水头后，按局部水头损失公式反算得到阻力系数k1；

44、当无历史运行数据时，基于流量系数kv与开度的关系曲线，换算得到阻力系数k2：

45、

46、其中，为重力加速度，d为阀门直径。

47、可选的，所述获取模块之前，包括：

48、剔除流量小于预设流量阈值、水头差小于或等于零、开度小于1%或大于99%的数据；

49、剔除启停冲击、水锤及传感器故障引起的跳变数据；

50、剔除同一开度下阻力系数离散度超过30%的异常数据组。

51、可选的，所述建立模块，包括：

52、当o≤20%时，；

53、当20%

54、当o>80%时，k=kmin；

55、其中，、、、、kmin均是通过非线性最小二乘法拟合得到常数参数。

56、可选的，所述计算模块，包括：

57、

58、

59、其中，为目标阻力系数，为过流面积，为需求水头差，为目标流量，为阀前水头，为目标阀后水头。

60、可选的，所述当存在历史运行数据时，采集阀门开度、流量、阀前压力和阀后压力，将压力换算为水头后，按局部水头损失公式反算得到阻力系数k1，包括：

61、

62、

63、

64、其中，为流量，为阀后水头。

65、可选的，所述更新模块，包括：

66、按设定周期利用积累的全量运行数据重新拟合所述映射关系模型；

67、设置告警机制，当监测到同一开度下阻力系数的偏移超过预设阈值时，发出阀门检修提示。

68、本说明书还提供一种电子设备，其中，该电子设备包括：

69、处理器；以及，存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行上述任一项方法。

70、本说明书还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被处理器执行时，实现上述任一项方法。

71、本发明中，纯数据驱动，通过反算或换算建立开度-阻力系数模型，适配所有类型调流阀，消除因阀门老化、结垢等导致的特性偏差。采用分段幂-指数混合模型精准匹配调流阀在全开度范围内的非线性特性，开度预测误差控制在可控范围内。能够根据目标流量和目标阀后压力，结合水力模型直接反求所需阀门开度，实现全自动调度，告别反复试算。利用实时运行数据周期性重拟合模型，自适应阀门特性变化，保持长期高精度。构建预测-仿真-执行-反馈闭环机制，通过仿真校核与偏差告警，有效应对时变工况，保障调度安全。