一种能源监管系统传感器缺失数据的实时重构和在线修补方法技术方案

本发明专利技术属于能耗监管系统底层传感器数据处理技术领域，提供了一种能源监管系统传感器缺失数据的实时重构和在线修补方法，包括以下步骤：S1、基于能源监测系统的设计原理和运行机制，对其进行系统模型和数字模型的建立；S2、对数据进行相似性分析；S3、基于最大期望方法和极大似然估计算法的填充数据集构建；S4、基于MCMC算法的贝叶斯数据重构。本发明专利技术的有益效果：本发明专利技术基于数据和模型，实时重构和在线修补出能源监测系统中多种类型传感器某一或同时发生的数据缺失，能够保证预估值的准确性，且填补效率高、填补维度大，同时实现了历史数据的准确性和数据库的完整性，这对完善智能化的能源监测系统具有十分重要的意义。的能源监测系统具有十分重要的意义。的能源监测系统具有十分重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种能源监管系统传感器缺失数据的实时重构和在线修补方法


[0001]本专利技术属于能耗监管系统底层传感器数据处理
，涉及一种能源监管系统传感器缺失数据的实时重构和在线修补方法，具体涉及能源监管系统中不同类型传感器异常缺失数据的复原方法。

技术介绍

[0002]目前，随着“大数据”、“人工智能”等热门前沿技术的迅猛发展，能源领域也逐渐展开了智能控制方向的相关研究。能源监测系统本身是一个高度复杂的系统工程，其控制系统更是具有结构复杂、变量多、规模大、易受干扰等特性，整个系统装配有种类繁多的大量传感器。数据从传感器经采集后发送至网关，再从网关传输至服务器。曹传嵩在《恶劣环境下一种数据敏感的传感器节点故障检测技术研究》中提出在传输过程中由于传感器分布范围广、数量大，部分区域网络通信质量不佳，任何一个环节网络传输不稳定都可能会导致数据缺失。而在能源监管系统中造成数据缺失故障的原因大概有以下几种：1)机械故障导致数据采集、传输和存储过程失败，例如存储器损坏、网络传输故障、噪声干扰等等；2)由于人为失误导致信息遗失，3)传感器本身固有一定的局限性：有限的能量、有限的计算能力、有限的储存能力，其中传感器失效是导致数据缺失的关键原因之一。数据缺失会使得能源系统处于一个未知的运行工况，控制系统远远达不到预期效果，甚至还可能造成更多的能源的浪费以及经济的损耗。针对于以上的问题，佟昕等在《统计学中的数据缺失及解决方法》中提出国内外许多专家和学者采用不同的方法对其做了大量的研究，通常针对数据缺失这一类故障问题笼统的分为删除、不处理和填充三类解决办法。但对于能源监管系统的缺失数据，前两种方法虽然简单，但却以丢弃信息为代价得到完整的历史数据库，严重影响了监管数据的实时客观性和数据库的完整性；而填充方法是目前解决能源监管系统中和变量数据缺失问题最值得研究的一种，目前属于填充法的算法较多，但或多或少的存在着一些不足之处。例如人工填补法补充数据没有依据，并且针对大量数据缺失时，工作效率低且不准确。经过对众多数据重构方法的学习和研究后发现，由于能源监管系统大多具有变量多、状态多、耦合性强、长期处于变工况的特性，最适合解决其数据出现缺失故障的方法属于定量物理模型的方法，根据各类守恒定律、设备与系统的相关规律建立集总参数模型。本专利技术针对于上述方法遇到的问题，提出了一种能源监管系统中传感器缺失数据的实时重构和在线修补方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够对能源监管系统中传感器缺失数据的实时重构和在线修补的方法。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种能源监管系统传感器缺失数据的实时重构和在线修补方法，步骤如下：
[0006]S1、基于能源监管系统的设计原理和运行机制，建立能源监管系统模型
[0007]S1.1、定义能源监管系统模型
[0008]S1.1.1、全空气一次回风再加热系统模型
[0009]能源监管系统在空气侧主要由过滤器、表冷器、再热器、送风机和回风机组成，室外空气和回风混合后经过滤器过滤、表冷器降湿、再热器升温处理后，由送风机提供动力送入室内，完成一个一次回风再加热循环；室外温度为T1，混风温度为T2，表冷器表面温度为T3，送风温度为T4，回风温度为T6，室外相对湿度为混风相对湿度为经表冷器的湿度为送风点状态相对湿度为回风状态点相对湿度为新风比为R，系统送风量为M2，再热器换热量为Q
h
，表冷器换热量为Q
e
；
[0010]S1.1.2、冷冻站系统模型
[0011]能源监管系统在冷冻站侧主要由冷水机组、水泵、分水器、集水器、蒸发器和冷却塔组成，冷冻水系统是由水泵提供动力将集水器中的回水传送至冷水机组中，经蒸发器换热降温再输送至分水器，将冷量传递给末端与空气进行换热；冷却水系统是由水泵将回水带进冷水机组的冷凝器中与制冷剂进行换热，将升温后的水传送至冷却塔中将热量散到空气中完成一次循环；冷冻水供、回水温度分别为T
s1
、T
s4
，分集水器两侧压差为P1，冷却水供、回水温度分别为T
s5
、T
s6
，冷冻水泵两侧压差为P2，管网阻抗为S1，冷却水泵两侧压差为P3，冷冻水换热量为Q1，冷冻水流量为M
s1
，冷却水换热量为Q2，冷却水流量为M
s2
；
[0012]S1.2、定义模型中输入、输出变量：
[0013]根据步骤S1.1.1所建立的全空气一次回风再加热系统模型，确定空气侧的输入变量T1，T4，T6，R，M2；输出变量T2，T3，Q
h
，Q
e
；
[0014]根据步骤S1.1.2所建立的冷冻站系统模型，确定冷冻站系统侧的输入变量T
s1
，T
s4
，T
s5
，T
s6
，S1，Q1，Q2；输出变量P1，P2，P3，M
s1
，M
s2
；
[0015]S1.3、定义数学模型：
[0016]能源监管系统是一个热力学系统，根据几个关键状态点的热力学关系式分别建立局部数学模型，每一个局部数学模型分别按照相应的变量关系式构建；
[0017]在全空气一次回风再加热系统模型中，建立以下局部数学模型：
[0018](1)局部模型1
[0019]在热力学关系式中混风状态点由以下公式建立数学模型：
[0020]T2＝R
·
T1+(1
‑
R)T6ꢀꢀꢀ
(1)
[0021](2)局部模型2
[0022]局部模型2主要由以下公式构成：
[0023]lg(P
vs
)＝A
‑
B/(T+C)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0024][0025][0026]式中，P
vs
表示某温度下饱和水蒸气压力；T表示空气温度；A、B、C表示不同物质在不同温度下对应的常数；表示相对湿度；P
v
表示空气中水蒸气分压力；w表示空气中的含湿量；P表示大气压力；
[0027]w2＝R
·
w1+(1
‑
R)
·
w6ꢀꢀꢀ
(5)
[0028]式中，w2表示混风状态点含湿量；w1表示室外空气的含湿量；w6表示回风空气的含
湿量；
[0029](3)局部模型3
[0030]局部模型3主要是利用传热学知识建立如下关系式：
[0031]Q
h
＝cM(T4‑
T3)
ꢀꢀꢀ
(6)
[0032]式中，c表示空气的定压比热容；M表示送风量；
[0033](4)局部模型4
[0034]局部模型4在局部模型2的基础上添加了焓值和热量的热力学关系形成一个闭合的回路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能源监管系统传感器缺失数据的实时重构和在线修补方法，其特征在于，步骤如下：S1、基于能源监管系统的设计原理和运行机制，建立能源监管系统模型S1.1、定义能源监管系统模型S1.1.1、全空气一次回风再加热系统模型能源监管系统在空气侧主要由过滤器、表冷器、再热器、送风机和回风机组成，室外空气和回风混合后经过滤器过滤、表冷器降湿、再热器升温处理后，由送风机提供动力送入室内，完成一个一次回风再加热循环；室外温度为T1，混风温度为T2，表冷器表面温度为T3，送风温度为T4，回风温度为T6，室外相对湿度为混风相对湿度为经表冷器的湿度为送风点状态相对湿度为回风状态点相对湿度为新风比为R，系统送风量为M2，再热器换热量为Q
h
，表冷器换热量为Q
e
；S1.1.2、冷冻站系统模型能源监管系统在冷冻站侧主要由冷水机组、水泵、分水器、集水器、蒸发器和冷却塔组成，冷冻水系统是由水泵提供动力将集水器中的回水传送至冷水机组中，经蒸发器换热降温再输送至分水器，将冷量传递给末端与空气进行换热；冷却水系统是由水泵将回水带进冷水机组的冷凝器中与制冷剂进行换热，将升温后的水传送至冷却塔中将热量散到空气中完成一次循环；冷冻水供、回水温度分别为T
s1
、T
s4
，分集水器两侧压差为P1，冷却水供、回水温度分别为T
s5
、T
s6
，冷冻水泵两侧压差为P2，管网阻抗为S1，冷却水泵两侧压差为P3，冷冻水换热量为Q1，冷冻水流量为M
s1
，冷却水换热量为Q2，冷却水流量为M
s2
；S1.2、定义模型中输入、输出变量：根据步骤S1.1.1所建立的全空气一次回风再加热系统模型，确定空气侧的输入变量T1，T4，T6，R，M2；输出变量T2，T3，Q
h
，Q
e
；根据步骤S1.1.2所建立的冷冻站系统模型，确定冷冻站系统侧的输入变量T
s1
，T
s4
，T
s5
，T
s6
，S1，Q1，Q2；输出变量P1，P2，P3，M
s1
，M
s2
；S1.3、定义数学模型：能源监管系统是一个热力学系统，根据几个关键状态点的热力学关系式分别建立局部数学模型，每一个局部数学模型分别按照相应的变量关系式构建；在全空气一次回风再加热系统模型中，建立以下局部数学模型：(1)局部模型1在热力学关系式中混风状态点由以下公式建立数学模型：T2＝R
·
T1+(1
‑
R)T6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)(2)局部模型2局部模型2主要由以下公式构成：lg(P
vs
)＝A
‑
B/(T+C) (2)(2)式中，P
vs
表示某温度下饱和水蒸气压力；T表示空气温度；A、B、C表示不同物质在不同温
度下对应的常数；表示相对湿度；P
v
表示空气中水蒸气分压力；w表示空气中的含湿量；P表示大气压力；w2＝R
·
w1+(1
‑
R)
·
w6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)式中，w2表示混风状态点含湿量；w1表示室外空气的含湿量；w6表示回风空气的含湿量；(3)局部模型3局部模型3主要是利用传热学知识建立如下关系式：Q
h
＝cM(T4‑
T3)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)式中，c表示空气的定压比热容；M表示送风量；(4)局部模型4局部模型4在局部模型2的基础上添加了焓值和热量的热力学关系形成一个闭合的回路，具体新增公式如下：h＝cT+w(h
g
+c
v
T)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)Q
c
＝M(h2‑
h3)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)式中，h表示空气焓值；c
v
表示水蒸气的平均定压比热；h
g
表示0℃时水的汽化潜热；Q
c
表示空气经表冷器中的换热量；h2表示混风状态点的空气焓值；h3表示经表冷器后的空气焓值；在冷冻站系统中，建立以下局部数学模型：(1)局部模型5局部模型5是由冷冻水系统中供、回水水温、冷冻水流量和换热量依据下列关系式建立的；Q1＝c
w
M
S1
(T
S4
‑
T
S1
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)式中，c
w
表示水的比热容；(2)局部模型6局部模型6运用了管网特性按照如下公式建立系统模型：(3)局部模型7和局部模型9局部模型7和局部模型9主要根据水泵本身的特性曲线，但由于该特性曲线不具有确切的公式，因此采用最小二乘法利用多组真实的实验数据拟合出如下列公式所示的数学模型：式中，H
i
表示水泵扬程；a、b为模型待定系数；表示冷却水或冷冻水流量；m表示列宾宗公式中的指数；(4)局部模型8局部模型8则是由冷却水系统中供、回水水温、冷却水流量和换热量依据下列关系式建立的；Q2＝c
w
M
S2
(T
S5
‑
T
S6
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)S2、相似性分析
在气象数据库中挑选出去年对应月份的真实气象数据，利用该月份每日某些时刻点的温度和湿度计算出对应的焓值，再与当前缺失数据当日对应时刻室外环境的焓值进行对比，选出最相似的一日数据作为历史备用数...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，赵亮，石岩，孙希明，李英顺，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：