联动设备能效分析方法技术

本发明专利技术涉及一种联动设备能效分析方法，包括：数据采样，对联动设备中至少两设备的能耗相关参数进行等时等间距采样，获得一定时间内的采样数据；数据预处理，对实测采样数据进行数据预处理，清除其中的异常数据，补全缺失数据；分帧操作，对各设备预处理后的采样数据采用交叠分段的方式分为若干帧，每帧对应于一个时长相等的时间段，各帧间的帧移长度小于帧长；相关系数计算，以各帧所含的采样数据为基础，计算联动设备中至少两设备的能耗相关参数在各帧的相关系数rXY；异常判定，将相关系数低于判定阈值的帧作为异常帧。本发明专利技术可用于辅助排查形成联动性异常的原因，指导设备进行相应的调整，通过此方法可以使系统整体运行更加稳定和节能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种联动设备能效分析方法。
技术介绍
现代企业生产中对生产设备内各设备进行能耗相关参数监测分析是了解并控制生产设备整体能耗相关参数的有效方法，但现有技术对生产设备的能耗相关参数监测往往是孤立的，即只对设备进行独立的能耗相关参数监测分析而忽略了设备之间的联动关系，采用这种办法虽然能够在一定程度上减少设备的整体能耗相关参数，但由于没有考虑联动设备运行时彼此之间的影响，因此其能耗相关参数优化效果并不理想。
技术实现思路
为了克服现有技术下的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种联动设备能效分析方法，用于生产系统内联动设备的能耗相关参数联动异常识别和系统节能性分析，分析所得的能耗相关参数联动异常以及计算的节能空间量可用于辅助排查形成联动性异常的原因，指导对设备进行相应的调整，通过此方法可以使系统整体运行更加稳定和节能。本专利技术的技术方案是：一种联动设备能效分析方法，包括：数据采样，对联动设备中至少两设备的能耗相关参数（包括电压、电流、功率等可用于计算直接耗能耗的参数）进行等间距采样，各设备的采样时点相同，获得一定时间内的实测采样数据；数据预处理，对实测采样数据进行数据预处理，包括异常值清理和数据补全，清除其中的异常数据，补全缺失数据，形成预处理后的采样数据；分帧操作，对各设备预处理后的采样数据采用交叠分段的方式分为若干帧，每帧对应于一个时长相等的时间段，包含相应时间段内（含端点）的全部预处理后的采样数据，各帧间的帧移长度（相邻帧起始时点之间的时间间隔）小于帧长（每帧对应的时间段的时长）；相关系数计算，以各帧所含的采样数据为基础，计算联动设备中至少两设备的能耗相关参数在各帧的（各帧对应的时间段内的）皮尔逊相关系数（皮尔逊积矩相关系数，Pearsonproduct-momentcorrelationcoefficient）rXY，其中X、Y分别代表两设备的能耗相关参数；异常判定，依据设定的皮尔逊相关系数判定阈值，将皮尔逊相关系数低于判定阈值的帧作为异常帧，相应的时间段作为异常时段。进一步的，所述数据补全的方式为：按照采样数据产生的时间将采样数据进行排序，有以下两种情况：a）当联动设备中有一个设备的采样数据存在数据缺失情况时，采用模型补全法对缺失数据进行补全，设相关两个联动设备的能耗相关参数分别为第一设备能耗相关参数Y和第二设备能耗相关参数X，第一设备的能耗相关参数在t时刻存在缺失，取t时刻附近n个X,Y均不缺失的数据值，所述模型补全法进行采样数据补全的公式如下：其中：是第一设备t时刻能耗相关参数缺失值的估计值；为第二设备t时刻的能耗相关参数采样数据；为误差项；、为相关系数，依据下列公式计算：式中：分别为第一设备和第二设备的能耗相关参数均值，xi为第二设备在i采样点的能耗值，yi为第一设备在i采样点的能耗值，i为正整数，i=1,…,n，n为采样点个数，N为帧长（一般地n由最小生产周期确定）；b）当相关两联动设备在同一时刻同时存在采样数据缺失时，采用移动平均法分别对联动设备采样数据进行补全，所述移动平均法进行采样数据补全的公式如下：其中，m为整数；是t时刻对应的设备能耗相关参数；是设备第时刻能耗相关参数的权重值，。进一步的，将小于0或者大于设备额定值的能耗相关参数判定为异常值，所述异常值清理的具体方法为：用距离异常值附近的多个能耗相关参数的均值来替换异常值或者对异常值赋空值，对于赋空值的位置采用所述数据补全的方法来对异常值位置进行赋值。进一步的，所述分帧操作是用可移动的有限长度窗口进行加权的方法来实现的，这就是用一定的窗函数w(n)来乘s(n)，从而形成加窗信号，其公式为：其中，其中，w为帧数，为设备第w帧时加窗处理后的能耗相关参数；s(n)为第n帧内所包含的能耗相关参数采样数据；w(n)为窗函数。所述窗函数w(n)的计算方法如下：经加窗处理后设备在某一帧上的能耗相关参数采样数据可以表示为一个一维数组S，其公式为：其中，P为该一维数组的长度。进一步的，还包括将设备能耗相关参数采样数据转换为二维数组的步骤，在所述一维数组转换为所述二维数组的变换中，剩余采样数据不足以填满所述二维数组最后一行时，则用采样数据最末尾的能耗相关参数填满最后一行，转换后二维数组的表达式如下：其中，N为帧长，M为帧移，M<N；w为帧数，。进一步的，所述相关系数的计算公式为：其中，、及分别是第二设备能耗相关参数的标准分数、能耗相关参数平均值和能耗相关参数标准差；、及分别是第一设备能耗相关参数的标准分数、能耗相关参数平均值和能耗相关参数标准差；经过相关系数计算，关联设备的能耗相关参数采样数据变换为一组相关系数的一维数组，每一个相关系数表示联动设备在第i帧时能耗相关参数的相关性，所述相关系数的取值范围为[-1,1]。进一步的，联动设备能耗相关参数相关性判定的具体方法为：当时表示联动设备能耗相关参数X和Y正相关，当时表示联动设备能耗相关参数X和Y负相关，当时表示联动设备能耗相关参数X和Y不相关；当时表示联动设备能耗相关参数X和Y完全正相关，当时表示能耗相关参数X和Y联动设备完全负相关。进一步的，所述判定阈值T的计算公式为：其中，其中，为箱式图中相关系数数据的第一四分位数，等于将所有能耗相关参数数值由小到大排列后四分之一处的数字；IQR为四分位数全距；所述全距IQR的计算公式为：其中，为第三四分位数，等于将所有能耗相关参数数值由小到大排列后四分之三处的数字。进一步的，还包括节能空间量计算的步骤，计算并获得异常时间段内相对于合理能耗的节能空间量。进一步的，所述节能空间量计算的具体方法为：以相对值较低的设备的能耗相关参数为基础，计算出异常时段设备的合理能耗之和作为该异常时段设备的合理能耗，以异常时段设备的实测能耗与合理能耗之差，作为该异常时段的节能空间量，当一定时间内存在一个或多个异常时段时，以该一个异常时段的节能空间量或该多个异常时段的节能空间量之和为该时间的总节能空间量。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术分析模型采用的分帧操作考虑生产过程的时序性和生产系统机理，于分帧操作中进行适当的帧移，不仅降低了相关分析的计算复杂度，而且这样的操作平抑了分析结果对异常数据的敏感度，具有较强的鲁棒性；2.本专利技术的方法全面的对联动设备的联动性进行了描述，不仅从相关性方面的联动性进行了数学衡量，而且在联动性异常判定时利用箱式图原理判定联动性异常，有效的保证了分析结果的有效性和可靠性；3.本专利技术的方法分析所得的能耗相关参数联动异常以及计算的节能空间量可用于辅助排查形成联动性异常的原因，指导对设备进行相应的调整，能够使联动设备运行状态得到明显改善，能耗相关参数水平得到明显降低，达到系统平稳与优化运行的目的。附图说明图1是本专利技术的流程图；图2是本专利技术交叠分段方法分帧操作的示意图；图3是箱式图原理示意图。具体实施方式参见图1，本专利技术公开了一种联动设备能效分析方法，包括：（1）数据采集和预处理由于生产现场工况环境复杂，在数据采集过程中或多或少存在数据缺失、数据异常等情况。因此，在对数据进行分析之前需要对生产系统内联动设备的现场原始数据进行预处理操作。所述预处理操作的方法为根据历史能耗相关参数采样数据结合生产系统机理对原始能耗相关参数采样数据进行数据补全和异常值清理。1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种联动设备能效分析方法，其特征在于包括：数据采样，对联动设备中至少两设备的能耗相关参数进行等间距采样，各设备的采样时点相同，获得一定时间内的实测采样数据；数据预处理，对实测采样数据进行数据预处理，包括异常值清理和数据补全，清除其中的异常数据，补全缺失数据，形成预处理后的采样数据；分帧操作，对各设备预处理后的采样数据采用交叠分段的方式分为若干帧，每帧对应于一个时长相等的时间段，包含相应时间段内的全部预处理后的采样数据，各帧间的帧移长度小于帧长；相关系数计算，以各帧所含的采样数据为基础，计算联动设备中至少两设备的能耗相关参数在各帧的皮尔逊相关系数rXY，其中X、Y分别代表两设备的能耗相关参数；异常判定，依据设定的皮尔逊相关系数判定阈值，将皮尔逊相关系数低于判定阈值的帧作为异常帧，相应的时间段作为异常时段。

【技术特征摘要】
1.一种联动设备能效分析方法，其特征在于包括：数据采样，对联动设备中至少两设备的能耗相关参数进行等间距采样，各设备的采样时点相同，获得一定时间内的实测采样数据；数据预处理，对实测采样数据进行数据预处理，包括异常值清理和数据补全，清除其中的异常数据，补全缺失数据，形成预处理后的采样数据；分帧操作，对各设备预处理后的采样数据采用交叠分段的方式分为若干帧，每帧对应于一个时长相等的时间段，包含相应时间段内的全部预处理后的采样数据，各帧间的帧移长度小于帧长；相关系数计算，以各帧所含的采样数据为基础，计算联动设备中至少两设备的能耗相关参数在各帧的皮尔逊相关系数rXY，其中X、Y分别代表两设备的能耗相关参数；异常判定，依据设定的皮尔逊相关系数判定阈值，将皮尔逊相关系数低于判定阈值的帧作为异常帧，相应的时间段作为异常时段。2.如权利要求1所述的联动设备能效分析方法，其特征在于所述数据补全的方式为：按照采样数据产生的时间将采样数据进行排序，有以下两种情况：a）当联动设备中有一个设备的采样数据存在数据缺失情况时，采用模型补全法对缺失数据进行补全，设相关两个联动设备的能耗相关参数分别为第一设备能耗相关参数Y和第二设备能耗相关参数X，第一设备的能耗相关参数在t时刻存在缺失，取t时刻附近n个X,Y均不缺失的数据值，所述模型补全法进行采样数据补全的公式如下：其中：是第一设备t时刻能耗相关参数缺失值的估计值；为第二设备t时刻的能耗相关参数采样数据；为误差项；、为相关系数，依据下列公式计算：式中：分别为第一设备和第二设备的能耗相关参数均值，xi为第二设备在i采样点的能耗值，yi为第一设备在i采样点的能耗值，i为正整数，i=1,…,n，n为采样点个数，N为帧长（一般地n由最小生产周期确定）；b）当相关两联动设备在同一时刻同时存在采样数据缺失时，采用移动平均法分别对联动设备采样数据进行补全，所述移动平均法进行采样数据补全的公式如下：其中，m为整数；是t时刻对应的设备能耗相关参数；是设备第时刻能耗相关参数的权重值，。3.如权利要求2所述的联动设备能效分析方法，其特征在于将小于0或者大于设备额定值的能耗相关参数判定为异常值，所述异常值清理的具体方法为：用距离异常值附近的多个能耗相关参数的均值来替换异常值或者对异常值赋空值，对于赋空值的位置采用所述数据补全的方法来对异常值位置进行赋值。4.如权利要求3所述的联动设备能效分析方法，其特征在于所述分帧操作是用可移动的有限...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓全亮，李锋，高维嘉，贡红军，康瑞龙，何松伟，周诗义，
申请(专利权)人：北京可视化节能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11