[发明专利]一种热量表耐久性试验过程异常值检测方法

摘要

本发明涉及一种热量表耐久性试验过程异常值检测方法，其是以采样周期ts为间隔对热量表耐久性试验过程状态参数进行采集，建立试验过程状态参数数据集，之后进行状态参数特征提取，判断系统的水流状态，依据水流状态，建立各个水流状态的特征参数模型，根据提取的各状态参数的特征值，结合建立的各个水流状态的特征参数模型进行异常判定，从而实现热量表耐久性试验过程异常值检测，本发明可实现对试验过程的异常值进行实时在线检测，有效提高了对试验过程的监控能力，提升了对故障异常点的精细化检测水平，检测过程自动化控制，节约人力成本，操作方便、可靠性高、使用寿命长、安全性好、检测结果可靠性高。

主权项

一种热量表耐久性试验过程异常值检测方法，其特征在于由以下步骤组成：(1)以采样周期ts为间隔对热量表耐久性试验过程状态参数进行采集，热量表耐久性试验过程状态参数包括被检热量表的瞬时流量、累积流量、累积热量以及标准流量计的瞬时流量、累积流量以及前管路温度、前管路压力、后管路温度、后管路压力、前后管路温差以及水箱温度、水箱液位；(2)根据步骤(1)所采集的热量表耐久性试验过程状态参数，建立试验过程状态参数数据集，记当前采样次数为k，k≥1；采样时间t＝kts，单位：s，具体包括以下数据集：(2.1)瞬时流量数据集qc＝{qce1(i),qce2(i)}，单位：L/h；其中，qce1(i)为当前采集到的标准流量计的瞬时流量，qce2(i)为当前采集到的被检热量表的瞬时流量，1≤i≤k；(2.2)累积流量数据集qL＝{qLe1(i),qLe2(i)}，单位：m3；其中，1≤i≤k，qLe1(i)为当前采集到的标准流量计的累积流量，qLe2(i)为当前采集到的被检热量表的累积流量；(2.3)温度数据集T＝{Tc11(i),Tc12(i),TΔ1c(i),Tc21(i),Tc22(i),TΔ2c(i),Tc31(i)，Tc32(i)},单位：℃；其中，1≤i≤k，Tc11(i)为当前采集到的被检热量表进口温度，Tc12(i)为当前采集到的被检热量表的出口温度；TΔ1c(i)当前采集到的被检热量表的进出口温差，Tc21(i)为当前采集到的前管路温度，Tc22(i)为当前采集到的后管路温度；TΔ2c(i)当前采集到的前后管路温差，Tc31(i)为当前采集到的热水箱温度，Tc32(i)为当前采集到的冷水箱温度；(2.4)累积热量数据集QL＝{QLe1(i‑j),QLe2(i‑j)}其中，1≤j≤i≤k，QLe1(i‑j)为t(i)～t(j)时间段内根据采集到的标准流量计的累积流量及供回水端的温差所计算得到的标准累积热量，QLe2‑h(i‑j)为t(i)～t(j)时间段内采集到的被检热量表的累积热量，h为第h块被检热量表，1≤h≤n，n为此次所检热量表的总数；(2.5)管路压力数据集P＝{Ph1(i),Ph2(i)}，单位：MPa；其中，1≤i≤k，Ph1(i)为当前采集到的前管路压力，Ph2(i)为当前采集到的后管路压力；(2.6)液位数据集L＝{L1(i),L2(i)}，单位：m；其中，1≤i≤k，L1(i)为当前采集到的热水箱液位，L2(i)为当前采集到的冷水箱液位；(2.7)软件流量某阶段设定值为qyushe，单位：L/h；热量表允许最大流量为qs，单位：L/h；热量表常用流量qp，单位：L/h；热量表允许最小流量qi，单位：L/h；管路中水温的设定最大值θmax，单位：℃；管路中水温的设定最小值θmin，单位：℃；系统运行时管路中压力的允许最大值Phigh，单位：MPa；系统运行时管路中压力的允许最小值Plow，单位：MPa；水箱中水位的最大允许值Lhigh，单位：m；水箱中水位的最小允许值Llow，单位：m；(3)对步骤(2)采集的各试验过程状态参数数据集，进行状态参数特征提取：最大值max＝{qcmax，qLmax,QLmax，Tmax，Pmax，Lmax}；最小值min＝{qcmin，qLmin，QLmin，Tmin，Pmin，Lmin}；平均值中位值方差σ＝{σ(qc)，σ(qL)，σ(QL)，σ(T)，σ(P)，σ(L)}；下降值Desc＝{D(qc)，D(qL)，D(QL)，D(T)，D(P)，D(L)}；其中D(qc)＝qc(i‑1)‑qc(i)；D(qL)＝qL(i‑1)‑qL(i)；D(QL)＝QL(i‑1)‑QL(i)；D(T)＝T(i‑1)‑T(i)；D(P)＝P(i‑1)‑P(i)；D(L)＝L(i‑1)‑L(i)；升高值Asc＝{A(qc)，A(qL)，A(QL)，A(T)，A(P)，A(L)}；其中：A(qc)＝qc(i+1)‑qc(i)；A(qL)＝qL(i+1)‑qL(i)；A(QL)＝QL(i+1)‑QL(i)；A(T)＝T(i+1)‑T(i)；A(P)＝P(i+1)‑P(i)；A(L)＝L(i+1)‑L(i)；(4)在温度恒定的条件下判断系统的水流状态，若进行300h附加耐久性试验时，则保持温度恒定，流量保持qs值恒定；若进行2400h基本耐久性试验时，则把试验周期分为8个阶段：流量从1.5qi上升到qp为阶段1，流量维持在qp运行为阶段2，流量从qp上升到qs为阶段3，流量维持qs在运行为阶段4，流量从qs下降到qp为阶段5，流量维持在qp运行为阶段6，流量从qp下降到1.5qi为阶段7，流量维持在1.5qi为阶段8；将阶段2、阶段4、阶段6和阶段8的流量、温度恒定，标记为状态1；将阶段1和阶段3的温度恒定、流量单调上升，标记为状态2；阶段5和阶段7的温度恒定、流量单调下降，标记为状态3；(5)依据步骤(4)划分的水流状态，建立各个水流状态的特征参数模型；管路中水流温度Tc2和水箱中水温Tc3均满足集合OSLWD∩OSXWD；管路前水温与管路后水温之差满足集合OGLWC；其中：集合OSLWD：(Tc2max≤θmax)∪(Tc3max≤θmax)集合OSXWD：(Tc2min≥θmax‑5℃)∪(Tc2min≥θmax‑5℃)集合OGLWC：|Tc21(i)‑Tc22(i)|≤5℃管路压力P满足OGYmax∩OGYmin，其中:集合OGYmax：Pmax≤Phigh集合OGYmin：Pmin≥Plow水箱液位L满足OSWmax∩OSWmin，其中：集合OSWmax：Lmax≤Lhigh集合OSWmin：Lmin≥Llow(5.1)当水流系统处于状态1时，其特征参数模型为：被检热量表的累积流量qLe2满足集合OLJ，集合OLJ为：被检热量表的累积热量QLe2满足集合ORL，集合ORL：当qyushe＝qp或者qyushe＝1.5qi时，则瞬时流量qc满足集合OCLPmax∩OCLPmin∩OLELP1∩OLELP2，供水系统处于稳定状态；其中：集合OCLPmax为：qcmax≤qyushe(1+5％)集合OCLPmin为：qcmin≥qyushe(1‑5％)集合OLELP1为：σ(qce1)≤0.5％×qyushe集合OLELP2为：u为B类不确定度方法得到的被检热量表的标准不确定度，k为包含因子；当qyushe＝qs时，则瞬时流量qc满足集合OCLSmax∩OCLSmin∩OLELS1∩OLELS2，供水系统处于稳定状态，其中：集合OCLSmax为：qcmax≤qyushe集合OCLSmin为：qcmin≥qyushe(1‑5％)集合OLELS1为：σ(qce1)≤0.5％×qyushe集合OLELS2为：(5.2)当水流系统处于状态2时，其特征参数模型：瞬时流量qc满足OAC，累积流量qL满足OAL，则供水系统处于稳定状态，其中：集合OAC为：A(qc)≥0，D(qc)≤0集合OAL为：(5.3)当水流系统处于状态3时，其特征参数模型：瞬时流量qc满足ODC，累计流量qL满足ODL，则供水系统处于稳定状态，其中：集合ODC为：A(qc)≤0，D(qc)≥0集合ODL为：(6)根据步骤(3)所提取的各状态参数的特征值，结合步骤(5)建立的各个水流状态的特征参数模型进行异常判定；其中：f(μ,σ，max，min,Med，Desc，Asc)为异常点检测函数，1表示正常，0表示异常，Em为试验方法m下的所有特征参数集合，m＝{1,2}，Xm为试验方法m下的当前特征参数集合；m＝1对应2400h基本耐久性试验；m＝2对应300h附加耐久性试验；E1＝(OSLWD∩OSXWD∩OGLWC)∩(OGYmax∩OGYmin)∩(OSWmax∩OSWmin)∩(OLJ∩ORL)∩(((OCLPmax∩OCLPmin∩OLELP1∩OLELP2)∪(OCLSmax∩OCLSmin∩OLELS1∩OLELS2))∪(OAC∩OAL)∪(ODC∩ODL))E2＝(OSLWD∩OSXWD∩OGLWC)∩(OGYmax∩OGYmin)∩(OSWmax∩OSWmin)∩(OLJ∩ORL)∩(OCLSmax∩OCLSmin∩OLELS1∩OLELS2)若检测数据结果为异常，则获取其异常点的所有特征值，加入到异常数据集中，并进行异常值验证，其中异常数据集记录了过程状态参数在不同工况状态下采用不同特征提取方法所检测出的异常点的集合。