基于用电信息的分散式污水处理站监控系统与方法转让专利
申请号 : CN202111107912.5
文献号 : CN113552834B
文献日 : 2021-12-24
发明人 : 陈声荣 , 蔡高琰 , 袁楷峰 , 梁炳基 , 陈迪 , 文享龙
申请人 : 广东浩迪智云技术有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于用电信息的分散式污水处理站监控方法,用于对采用生物法进行污水处理的分散式污水处理站进行监控,其特征在于,包括步骤:A1.获取分散式污水处理站总体的用电信息;所述用电信息包括用电量、电压、电流、有功功率、功率因数、用电波形中的至少一项;
A2.根据所述总体的用电信息判断所述分散式污水处理站是否存在第一类运行异常情况;所述第一类运行异常情况包括第一预设周期内的累计停机时间、最长停机时间、停机次数中的至少一项达到或超过对应的预设阈值;
A3.若存在第一类运行异常情况,则发出对应的第一类异常报警信号;
A4.若不存在第一类运行异常情况,则根据所述总体的用电信息获取提升泵和曝气机的关键运行数据;所述关键运行数据包括第二预设周期内的累计停机时间、停机次数、最大停机时间中的至少一项;
A5.根据所述提升泵和曝气机的关键运行数据判断所述分散式污水处理站否存在第二类运行异常情况;所述第二类运行异常情况包括所述提升泵或所述曝气机在第二预设周期内的累计停机时间、停机次数、最大停机时间中的至少一项达到或超过对应的预设阈值;
A6.若存在第二类运行异常情况,则发出对应的第二类异常报警信号。
2.根据权利要求1所述的基于用电信息的分散式污水处理站监控方法,其特征在于,所述第一类运行异常情况还包括用电信息异常。
3.根据权利要求1所述的基于用电信息的分散式污水处理站监控方法,其特征在于,所述总体的用电信息包括总体的有功功率和电流;
步骤A4包括:
A401.根据测量的有功功率判断是否发生投切事件;所述投切事件为设备启动事件或设备停机事件;
A402.若发生投切事件,则根据测量的有功功率判断引起投切事件的设备是否为提升泵或曝气机;
A403.若引起投切事件的设备是提升泵或曝气机则记录发生投切事件的时间点数据并判定所述投切事件的类型;
A404.根据所述投切事件的类型把所述时间点数据标记为启动时间或停机时间;
A405.根据所述时间点数据计算所述关键运行数据。
4.根据权利要求3所述的基于用电信息的分散式污水处理站监控方法,其特征在于,步骤A401包括:
以1为步长、2g+1为窗口长度滑窗选取总体的有功功率中的多个数据,并计算所述多个数据的方差值;其中,g为预设的正整数;
根据所述方差值是否超过突变阈值判断是否有功率突变事件发生;
若有功率突变事件发生,则提取功率突变前的稳态功率和功率突变后的稳态功率;
根据功率突变前的稳态功率和功率突变后的稳态功率之间的偏差判断是否发生投切事件。
5.根据权利要求4所述的基于用电信息的分散式污水处理站监控方法,其特征在于,所述若有功率突变事件发生,则提取功率突变前的稳态功率和功率突变后的稳态功率的步骤包括:
获取功率突变事件的起始时间点和结束时间点;
以起始时间点前最近的N个总体的有功功率数据的均值为功率突变前的稳态功率,以结束时间点后最近的N个总体的有功功率数据的均值为功率突变后的稳态功率;其中,N为预设的正整数,N≥1。
6.根据权利要求3所述的基于用电信息的分散式污水处理站监控方法,其特征在于,步骤A402包括:
S1.获取第一稳态电流和第二稳态电流,所述第一稳态电流为投切事件发生前的稳态的电流,所述第二稳态电流为投切事件发生后的稳态的电流;
S2.分别对所述第一稳态电流和所述第二稳态电流进行快速傅里叶变换以提取对应的前k次谐波系数;
S3.分别用所述第一稳态电流的前k次谐波系数和所述第二稳态电流的前k次谐波系数与谐波系数矩阵数据库中的各工作模式的谐波系数矩阵进行匹配,以确定分散式污水处理站的与第一稳态电流对应的工作模式、与第二稳态电流对应的工作模式;其中,分散式污水处理站的各用电设备的不同开关状态的组合构成不同的工作模式,所述谐波系数矩阵数据库中包含所有工作模式对应的谐波系数矩阵;
S4.对比第二稳态电流对应的工作模式和第一稳态电流对应的工作模式,以判定引起投切事件的设备是否为提升泵或曝气机。
7.根据权利要求6所述的基于用电信息的分散式污水处理站监控方法,其特征在于,所述谐波系数矩阵为:
其中, 为谐波系数矩阵, 为第i个用电设备电流的第j次谐波系数,n为用电设备的总数量;
步骤S3包括:
根据以下公式计算目标稳态电流的前k次谐波系数与所述谐波系数矩阵数据库中的各工作模式的谐波系数矩阵的匹配系数:其中,所述目标稳态电流为第一稳态电流或第二稳态电流, 为目标稳态电流的前k次谐波系数与所述谐波系数矩阵数据库中的各工作模式的谐波系数矩阵的匹配系数, 为目标稳态电流的第s次谐波系数, 为第i个用电设备的工作状态值, 为0或1, 为0表示第i个用电设备关闭, 为1表示第i个用电设备开启, 表示对应的谐波系数矩阵中的第i列、第s行的谐波系数;
以计算得到的各匹配系数 中的最小值对应的工作模式作为所述目标稳态电流对应的工作模式。
8.根据权利要求6所述的基于用电信息的分散式污水处理站监控方法,其特征在于,步骤A403包括:
若引起投切事件的设备为提升泵或曝气机,则根据第二稳态电流对应的工作模式和第一稳态电流对应的工作模式中提升泵或曝气机的开关状态判断所述投切事件为设备启动事件还是设备停机事件。
9.根据权利要求8所述的基于用电信息的分散式污水处理站监控方法,其特征在于,步骤A404包括:
若所述投切事件为设备启动事件则把对应的发生投切事件的时间点数据标记为提升泵或曝气机的启动时间;
若所述投切事件为设备停机事件则把对应的发生投切事件的时间点数据标记为提升泵或曝气机的停机时间。
10.一种基于用电信息的分散式污水处理站监控系统,用于对采用生物法进行污水处理的分散式污水处理站进行监控,其特征在于,包括用电信息采集装置、数据存储和管理平台、数据分析和处理系统、显示和告警系统;所述用电信息采集装置与所述数据存储和管理平台通信连接,所述数据存储和管理平台、所述显示和告警系统均与所述数据分析和处理系统通信连接;
所述用电信息采集装置用于从分散式污水处理站输电总闸处采集所述分散式污水处理站总体的用电信息,并把所述总体的用电信息上传至所述数据存储和管理平台;
所述数据分析和处理系统用于从所述数据存储和管理平台获取分散式污水处理站总体的用电信息,根据所述总体的用电信息判断所述分散式污水处理站是否存在第一类运行异常情况,若存在第一类运行异常情况,则向所述显示和告警系统发送对应的第一类异常报警信号,若不存在第一类运行异常情况,则根据所述总体的用电信息获取提升泵和曝气机的关键运行数据,根据所述提升泵和曝气机的关键运行数据判断所述分散式污水处理站否存在第二类运行异常情况,若存在第二类运行异常情况,则向所述显示和告警系统发送对应的第二类异常报警信号;所述用电信息包括用电量、电压、电流、有功功率、功率因数、用电波形中的至少一项;所述第一类运行异常情况包括第一预设周期内的累计停机时间、最长停机时间、停机次数中的至少一项达到或超过对应的预设阈值;所述关键运行数据包括第二预设周期内的累计停机时间、停机次数、最大停机时间中的至少一项;所述第二类运行异常情况包括所述提升泵或所述曝气机在第二预设周期内的累计停机时间、停机次数、最大停机时间中的至少一项达到或超过对应的预设阈值;
所述显示和告警系统用于显示所述数据分析和处理系统发送的报警信号。
说明书 :
基于用电信息的分散式污水处理站监控系统与方法
技术领域
背景技术
快速增加。
准。这种方法需要大量安装各类监测仪器,一般需要几十万甚至上百万的设备成本,而且年
度运维费用数万元以上,一般只适合于处理规模比较大的污水处理厂。
线监测。因此,如何有效地对这些分散式的污水处理装置进行运行监控,及时发现污水处理
装置停运或不正常运行,是一个难题。
实现了分散式污水处理设备故障状态的实时监控。然而,这种方法具有以下问题:监控装置
主要是依赖污水处理器的控制器传递的相关控制状态信息来判断污水处理装置是否正常
运行,如果人为干预控制信息可以将污水处理流程的控制状态信息发送给监控装置,但实
际上污水处理设备并未工作,则该污水处理设备监控装置功能失效;该方法需要采集的数
据类型较多,需要配置各类传感器,单套设备价格成本相对较高、后期维护成本也比较高,
安装推广难度较大。
发明内容
式污水处理站的工作状态判断结果真实可靠。
机次数中的至少一项达到或超过对应的预设阈值;
最大停机时间中的至少一项;
周期内的累计停机时间、停机次数、最大停机时间中的至少一项达到或超过对应的预设阈
值;
中,N为预设的正整数,N≥1。
处理站的与第一稳态电流对应的工作模式、与第二稳态电流对应的工作模式;其中,分散式
污水处理站的各用电设备的不同开关状态的组合构成不同的工作模式,所述谐波系数矩阵
数据库中包含所有工作模式对应的谐波系数矩阵;
为目标稳态电流的第s次谐波系数, 为第i个用电设备的工作状态值, 为0或1,
为0表示第i个用电设备关闭, 为1表示第i个用电设备开启, 表示对应的谐波系数
矩阵中的第i列、第s行的谐波系数;
启动事件还是设备停机事件。
数据存储和管理平台、数据分析和处理系统、显示和告警系统;所述用电信息采集装置与所
述数据存储和管理平台通信连接,所述数据存储和管理平台、所述显示和告警系统均与所
述数据分析和处理系统通信连接;
运行异常情况,若存在第一类运行异常情况,则向所述显示和告警系统发送对应的第一类
异常报警信号,若不存在第一类运行异常情况,则根据所述总体的用电信息获取提升泵和
曝气机的关键运行数据,根据所述提升泵和曝气机的关键运行数据判断所述分散式污水处
理站否存在第二类运行异常情况,若存在第二类运行异常情况,则向所述显示和告警系统
发送对应的第二类异常报警信号;所述用电信息包括用电量、电压、电流、有功功率、功率因
数、用电波形中的至少一项;所述第一类运行异常情况包括第一预设周期内的累计停机时
间、最长停机时间、停机次数中的至少一项达到或超过对应的预设阈值;所述关键运行数据
包括第二预设周期内的累计停机时间、停机次数、最大停机时间中的至少一项;所述第二类
运行异常情况包括所述提升泵或所述曝气机在第二预设周期内的累计停机时间、停机次
数、最大停机时间中的至少一项达到或超过对应的预设阈值;
站是否存在第一类运行异常情况;若存在第一类运行异常情况,则发出对应的第一类异常
报警信号;若不存在第一类运行异常情况,则根据所述总体的用电信息获取提升泵和曝气
机的关键运行数据;根据所述提升泵和曝气机的关键运行数据判断所述分散式污水处理站
否存在第二类运行异常情况;若存在第二类运行异常情况,则发出对应的第二类异常报警
信号;从而所需传感器少,实施成本较低,且对采用生物法进行污水处理的分散式污水处理
站的工作状态判断结果真实可靠。
附图说明
具体实施方式
考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于
描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特
定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于
描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在
本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
于限制本发明。此外,本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母,这种重复是
为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外,
本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子,但是本领域普通技术佩戴人员可以意识到
其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
最长的连续停机时间)、停机次数中的至少一项达到或超过对应的预设阈值;
最大停机时间中的至少一项;
周期内的累计停机时间、停机次数、最大停机时间(即最大的连续停机时间)中的至少一项
达到或超过对应的预设阈值;
同,从而运行规律不一致;其中,在污水处理过程中,提升泵根据污水处理流程和污水处理
设备的单位时间处理污水的能力分批次分时间段将污水调节池的污水提升到接触氧化池,
提升泵的开启、关停的频率和工作时长等具有良好的规律性;在接触氧化池中,按照污水处
理流程曝气机(又叫曝气循环泵)需要定期开启工作,不断的为好氧菌提供氧气,保持其活
性能够持续分解污水中的有机物大分子,因此曝气机的开启、关停的频率和工作时长也具
有良好的规律性。
曝气周期不符合相应工艺的生物细菌的生存条件,污水处理效果就不可能达到要求;因此,
污水处理装置关键设备(曝气机和提升泵)的运行状态,可以基本反映污水处理站的污水处
理效果;所以,先通过总体的用电信息直接判断污水处理站总体运行是否有异常(第一类运
行异常情况),若没有异常,再通过总体的用电信息获取提升泵和曝气机的开关时间信息,
并根据提升泵和曝气机的关键运行数据来进一步判断分散式污水处理站是否存在异常,判
断结果可靠,而且只需要采集分散式污水处理站总体的用电信息,无需单独采集各设备的
各种参数,所需传感器少,实施成本较低,此外,用电信息难以造假且可高频采集,可提高判
断结果的真实性。
(或电流阈值,或电压阈值)则判定分散式污水处理站总体处于停机状态,进而可根据预设
周期内的有功功率(或电流,或电压)信息直接提取分散式污水处理站在第一预设周期内的
累计停机时间、最长停机时间、停机次数,若累计停机时间过长超过预设的第一时长阈值则
判定存在累计停机时间过长的情况(属于第一类运行异常情况),若最长停机时间超过预设
的第二时长阈值则判定存在连续停机时间过长的情况(属于第一类运行异常情况),若停机
次数超过预设的第一停机次数阈值则判定存在停机次数过多的情况(属于第一类运行异常
情况)。
有功功率(或电流,或电压)判断,若有功功率(或电流,或电压)低于预设的有功功率阈值
(或电流阈值,或电压阈值)则判定分散式污水处理站总体处于停机状态;若分散式污水处
理站连续H1(H1为预设阈值)小时以上停机,或分散式污水处理站在月度内发生K1次以上持
续时间超过H2(H2为预设阈值)小时的停机事件,则判定分散式污水处理站存在总体一级异
常情况;若分散式污水处理站月度累计出现H3(H3为预设阈值)小时以上停机事件,则判定
分散式污水处理站存在总体二级异常情况;若分散式污水处理站日运行时间累计少于M1
(M1为预设阈值)分钟,或分散式污水处理站日运行次数少于K2(K2为预设阈值)次且最大连
续停机时间大于S1(S1为预设阈值)小时,或分散式污水处理站月运行时间累计少于M2(M2
为预设阈值)分钟,则判定分散式污水处理站存在总体三级异常情况。
功率平均值过低、功率因数异常、用电波形异常等。
事件发生,其中,本实施例中采用有功功率来判断是否有投切事件发生,但实际上也可采用
其它用电信息来进行判断,例如电流、电压等。
值,则判定发生投切事件。这种判定方式比较简单,但是准确性较低。为此,在一些优选实施
方式中,步骤A401包括:
值,也可以如图4所示,突变阈值为对应窗口内的多个数据的平均值的预设比例值,图中,
Svar为窗口内的多个数据的方差值,Smean为对应窗口内的多个数据的平均值,a为预设比
例且0
中,N为预设的正整数,N≥1。
个数据对应的时间点为该次功率突变事件的起始时间点,并以这些窗口中的最后一个窗口
的第一个数据对应的时间点为该次功率突变事件的结束时间点。例如,连续的窗口
、 …、 ,
其中 为总体的有功功率中的第 个数据,利用 到 均能检测到有功率突变事件发
生,从而,该次功率突变事件的起始时间点为数据 对应的时间点,结束时间点为数据
对应的时间点;此处只是举例说明,在该例子中,假设只有 到 的11个窗口能
检测到有功率突变事件发生,因此脚标中含有“+10”,在实际应用中,一般不会刚好是只有
11个窗口能检测到有功率突变事件发生,从而脚标中含有“+10”需要相应地改变。
近的N个总体的有功功率数据的均值为功率突变前的稳态功率,以结束时间点后最近的N个
总体的有功功率数据的均值为功率突变后的稳态功率,得到的两个稳态功率比较准确;其
中,N的值可根据实际需要设置,例如N=5。
变化干扰历史最大值为△P1,则可以取θ=(1+e)*△P1,其中0
~
处理站的与第一稳态电流对应的工作模式、与第二稳态电流对应的工作模式;其中,分散式
污水处理站的各用电设备的不同开关状态的组合构成不同的工作模式,所述谐波系数矩阵
数据库中包含所有工作模式对应的谐波系数矩阵;
为目标稳态电流的第s次谐波系数, 为第i个用电设备的工作状态值, 为0或1,
为0表示第i个用电设备关闭, 为1表示第i个用电设备开启, 表示对应的谐波系数
矩阵中的第i列、第s行的谐波系数;
用电数据训练集;
系数;其中,每次执行步骤C3会导入新的用电训练数据;
为最匹配工作模式:
表示初始谐波系数矩阵中的第i列、第z行的谐波系数(即第i个用电设备的电流的第z次
谐波系数);
模式下启动的用电设备为第1、3、5、6号用电设备,则初始谐波系数矩阵中的第1、3、5、6列数
据为目标列);
谐波系数的变化量;
系数与对应的变化量相加后不为负,则对应的谐波系数与对应的变化量相加,完成所述目
标行的更改(例如,目标列行为第1、3、5、6列,其中,目标行的第3列谐波系数与对应的的变
化量相加后为负,第1、5、6列谐波系数与对应的的变化量相加后不为负,则第第3列谐波系
数保持不变,第1、5、6列谐波系数与对应的的变化量相加);
内,则认为更改后的初始谐波系数矩阵收敛);若不收敛则转到步骤C3,若收敛则转到步骤
C7;
式的谐波系数矩阵记录在谐波系数矩阵数据库中,若没达到,则转到步骤C2,并在步骤C2中
用步骤C6中更改后的初始谐波系数矩阵作为初始化后的初始谐波系数矩阵。
谐波系数矩阵进行投切设备类型的判断,判断结果准确可靠。
启动事件还是设备停机事件。
备停机事件。
间;
间,把第二预设周期内的各段连续停机时间累加即为累计停机时间,第二预设周期内被标
记为停机时间的时间点数据的数量即为停机次数。例如,若所述提升泵或所述曝气机在第
二预设周期内的累计停机时间超过预设的第三时长阈值则判定存在累计停机时间过长的
情况(属于第二类运行异常情况),若最大停机时间过长超过预设的第四时长阈值则判定存
在连续停机时间过长的情况(属于第二类运行异常情况),若停机次数超过预设的第二停机
次数阈值则判定存在停机次数过多的情况(属于第二类运行异常情况)。
提升泵三级异常情况中的至少一种情况。例如,若曝气机连续H7(H7为预设阈值)小时以上
停机,或曝气机在月度内发生K5次以上持续时间超过H9(H9为预设阈值)小时的停机事件,
则判定存在曝气机一级异常情况;若曝气机月度累计出现H8(H8为预设阈值)小时以上停机
事件,则判定存在曝气机二级异常情况;若曝气机日运行时间累计少于M5(M5为预设阈值)
分钟,或曝气机日运行次数少于K6(K6为预设阈值)次且最大连续停机时间大于S3(S3为预
设阈值)小时,或曝气机月运行时间累计少于M6(M6为预设阈值)分钟,则判定存在曝气机三
级异常情况。若提升泵连续H4(H4为预设阈值)小时以上停机,或曝气机在月度内发生K3次
以上持续时间超过H5(H5为预设阈值)小时的停机事件,则判定存在提升泵一级异常情况;
若提升泵月度累计出现H6(H6为预设阈值)小时以上停机事件,则判定存在提升泵二级异常
情况;若提升泵日运行时间累计少于M3(M3为预设阈值)分钟,或提升泵日运行次数少于K4
(K4为预设阈值)次且最大连续停机时间大于S2(S2为预设阈值)小时,或提升泵月运行时间
累计少于M4(M4为预设阈值)分钟,则判定存在提升泵三级异常情况。
一类运行异常情况;若存在第一类运行异常情况,则发出对应的第一类异常报警信号;若不
存在第一类运行异常情况,则根据所述总体的用电信息获取提升泵和曝气机的关键运行数
据;根据所述提升泵和曝气机的关键运行数据判断所述分散式污水处理站否存在第二类运
行异常情况;若存在第二类运行异常情况,则发出对应的第二类异常报警信号;从而所需传
感器少,实施成本较低,且对采用生物法进行污水处理的分散式污水处理站的工作状态判
断结果真实可靠;具体具有以下优点:
常;
测提升泵、曝气机等于污水处理的核心设备的工作状态,技术及算法具有较高的先进性。
数据存储和管理平台2、数据分析和处理系统3、显示和告警系统4;所述用电信息采集装置1
与所述数据存储和管理平台2通信连接,所述数据存储和管理平台2、所述显示和告警系统4
均与所述数据分析和处理系统3通信连接;
类运行异常情况,若存在第一类运行异常情况,则向所述显示和告警系统4发送对应的第一
类异常报警信号,若不存在第一类运行异常情况,则根据所述总体的用电信息获取提升泵
和曝气机的关键运行数据,根据所述提升泵和曝气机的关键运行数据判断所述分散式污水
处理站否存在第二类运行异常情况,若存在第二类运行异常情况,则向所述显示和告警系
统4发送对应的第二类异常报警信号(具体步骤参考前述的基于用电信息的分散式污水处
理站监控方法);所述用电信息包括用电量、电压、电流、有功功率、功率因数、用电波形中的
至少一项;所述第一类运行异常情况包括第一预设周期内的累计停机时间、最长停机时间、
停机次数中的至少一项达到或超过对应的预设阈值;所述关键运行数据包括第二预设周期
内的累计停机时间、停机次数、最大停机时间中的至少一项;所述第二类运行异常情况包括
所述提升泵或所述曝气机在第二预设周期内的累计停机时间、停机次数、最大停机时间中
的至少一项达到或超过对应的预设阈值;
站输电总闸连接。
息。
式显示该用电信息。
根据所述总体的用电信息判断所述分散式污水处理站是否存在第一类运行异常情况;若存
在第一类运行异常情况,则发出对应的第一类异常报警信号;若不存在第一类运行异常情
况,则根据所述总体的用电信息获取提升泵和曝气机的关键运行数据;根据所述提升泵和
曝气机的关键运行数据判断所述分散式污水处理站否存在第二类运行异常情况;若存在第
二类运行异常情况,则发出对应的第二类异常报警信号;从而所需传感器少,实施成本较
低,且对采用生物法进行污水处理的分散式污水处理站的工作状态判断结果真实可靠;具
体具有以下优点:
常;
测提升泵、曝气机等于污水处理的核心设备的工作状态,技术及算法具有较高的先进性。
与润饰,其方案与本发明实质上相同。