一种基于运行参数逻辑的供水系统异常预警方法与流程

本发明涉及一种基于运行参数逻辑的供水系统异常预警方法，属于故障预测与健康管理。

背景技术：

1、多终端变频恒压供水管网通常采集变频泵组运行频率、主管路节点压力和出水端瞬态流量等运行参数，由控制器计算管路的水力阻抗并跟踪其变化，以维持供水压力稳定和判断管路是否出现异常，为保证负载变化时各级纯化单元能够连续、协调供水，系统一般采用闭环变频控制，根据用水负荷调整泵组转速，使出水端压力保持稳定，当多个用水终端频繁启停、用水需求快速变化时，变频控制回路会持续、大幅调整泵组运行状态，由于流体在多级管路中传递动量存在时间滞后，部分节点的瞬态压力会出现明显波动，甚至产生非线性振荡，此类由变频调节引起的压力暂态变化，在时域波形、幅值突变和频谱能量分布等方面，容易与净化耗材逐渐堵塞或管网轻微渗漏等早期硬件损伤产生的信号重叠，现有监测系统因此难以判断压力波动究竟来自控制回路的正常调节，还是来自设备或管路的实际劣化，进而导致故障诊断基准发生偏移。

2、现有的供水调控方案多侧重于通过多泵协同或拓扑动态构建实现稳态控制，虽然能改善运行效率，但对管网硬件损伤的早期感知存在盲区，例如，公开号为cn120505999a的中国发明专利申请公开了一种多泵房协同的智慧供水变频调控方法，方案借助卡尔曼滤波与微分代数方程模型实现管网拓扑的动态更新与调控，方案的技术架构深度依赖于传感器量程与预设模型，其核心在于对稳态运行工况下的偏差抑制，未能建立硬件本征物理特征与水力瞬态波动之间的因果映射，方案仅在系统表现出宏观控制偏差时进行补偿，无法在异常早期通过微小压力波形的本征阻抗变化识别出硬件性能劣化，导致控制反馈回路无法区分是调节负荷波动引起的压力变化，还是管网关键节点由于物理损伤引发的异常征兆，由此引发了时域相位错位带来的误报或漏报，基于此，本发明通过获取瞬态压力数据并构建动态水力阻抗表征参量，从而解决了上述技术问题。

3、因此，如何在线识别变频泵组主动调节产生的暂态扰动，并对扰动进行动态补偿，在减少控制调节引起的虚警的同时，准确识别纯化单元和供水管网的早期硬件损伤，仍是现有技术需要解决的问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中的问题，本发明的技术方案如下：一种基于运行参数逻辑的供水系统异常预警方法，包括以下步骤：

2、步骤s1，获取供水管路的瞬态压力数据以及变频驱动频率数据，并根据瞬态压力数据以及变频驱动频率数据，计算当前时序周期的动态水力阻抗表征参量；

3、步骤s2，提取变频驱动频率数据的频率变异率序列，并比对频率变异率序列与动态水力阻抗表征参量的一阶时域差分序列，确定因果相容性符号特征参量；

4、步骤s3，在因果相容性符号特征参量处于预设的同向调节相容包络线内时，输出门控闭锁指令，基于暂态偏离对冲增益计算动态压力暂态补偿值并利用动态压力暂态补偿值校正瞬态压力数据，输出本征物理状态量；

5、步骤s4，比对本征物理状态量与预设稳态安全区间，并在本征物理状态量处于预设稳态安全区间内且动态水力阻抗表征参量的时序变化率连续超出预设的第一阈值门限时，输出早期耗材堵塞预警指令；在本征物理状态量超出预设稳态安全区间且动态水力阻抗表征参量与历史基准阻抗的偏差绝对值超出预设第二阈值门限时，输出突发性结构损伤预警指令。

6、优选的，在步骤s3中，还包括以下子步骤：步骤s31，在因果相容性符号特征参量越过因果异向断裂边界，判定频率变异率序列为零值保持以及负向衰减且一阶时域差分序列单调递增时，解除门控闭锁指令；步骤s32，在门控闭锁指令被解除后，将暂态偏离对冲增益截断为零并切断动态压力暂态补偿值，直接将瞬态压力数据赋值为本征物理状态量。

7、优选的，在步骤s1中，还包括以下子步骤：步骤s11，获取供水管路的实时流量数据，根据实时流量数据与瞬态压力数据计算当前的水力阻抗值；步骤s12，以水力阻抗值在预设时间窗口内的时序集合构建阻抗时序序列，计算阻抗时序序列的平均值，得到动态水力阻抗表征参量。

8、优选的，在步骤s1中，还包括以下子步骤：步骤s13，在变频驱动频率数据发生连续宽幅震荡时，提取动态水力阻抗表征参量在预设时间窗口内的时序分布；步骤s14，计算时序分布的离散概率分布以及阻抗分布离散度，当阻抗分布离散度超出预设的波动门限时，判定系统处于随机取水工况，并利用时域平滑滤波平抑动态水力阻抗表征参量。

9、优选的，在步骤s3中，还包括以下子步骤：步骤s33，提取瞬态压力数据相对于变频驱动频率数据的时域相位滞后时间；步骤s34，根据时域相位滞后时间对变频驱动频率数据平移对齐，并利用对齐后的数据计算动态压力暂态补偿值。

10、优选的，在步骤s2中，还包括以下子步骤：步骤s21，比对频率变异率序列与一阶时域差分序列，分别提取对应的第一极性符号序列与第二极性符号序列；步骤s22，计算第一极性符号序列与第二极性符号序列在预设时间周期内的同向重合度，并以同向重合度定义因果相容性符号特征参量。

11、优选的，在步骤s4中，还包括以下子步骤：步骤s41，根据供水管路的稳态运行模型划分本征物理状态量的稳态安全区间；步骤s42，获取无故障运行周期下的历史基准阻抗，并计算动态水力阻抗表征参量相对于历史基准阻抗的偏差绝对值。

12、优选的，在步骤s4中，还包括以下子步骤：步骤s43，在输出早期耗材堵塞预警指令时，定位发生渐进性物理结构异化的净化单元；步骤s44，将早期耗材堵塞预警指令发送至净化回路的变频控制终端，在净化单元的清洗周期前触发原位反洗提示以及滤芯更换提示。

13、优选的，在步骤s4中，还包括以下子步骤：步骤s45，在输出突发性结构损伤预警指令后，计算本征物理状态量的突变斜率，识别突变类型；步骤s46，若突变类型为管网泄漏，输出限制供水泵组输出压力上限的第一健康联动指令；若突变类型为泵组故障，输出切断故障泵组并切换至备用泵组的第二健康联动指令。

14、相比于现有技术，本发明的有益效果是：

15、1、在运行参数逻辑的供水系统异常预警中，通过对变频驱动频率数据与动态水力阻抗表征参量的变化方向进行关联判断，能够在变频泵组频繁调节期间，区分控制回路正常调节引起的压力波动与供水系统硬件实际劣化产生的异常变化，避免仅依据压力波形进行判断时出现诊断基准漂移，从而减少控制调节造成的异常预警虚警。

16、2、在压力变化与变频调节具有一致关系时，本发明通过门控闭锁指令和动态压力暂态补偿值，对流体动量传递滞后造成的压力偏差进行校正，使输出的本征物理状态量能够更准确地反映供水管路的实际运行状态，由此，可避免将泵组调速及压力响应滞后造成的暂态波动误判为设备故障，提高负载频繁变化时异常监测结果的稳定性和可靠性。

17、3、当变频驱动频率与动态水力阻抗表征参量的变化不再保持一致时，本发明能够及时解除门控闭锁指令并停止压力补偿，使硬件劣化引起的真实压力和阻抗变化得到保留，避免实际故障信号被控制补偿所掩盖，因此，可以及时发现净化耗材逐渐堵塞产生的微弱变化，提高早期故障识别能力，减少渐进性异常的漏报。