本發明涉及隧道水泵節能控制，尤其涉及隧道水泵動態節能調節方法及系統。
背景技術：
1、目前隧道水泵控制系統的核心由水位采集模塊、固定邏輯控制模塊、簡單啟停模塊、基礎報警模塊組成。其中，水位采集模塊僅通過有線方式連接液位傳感器，以1次/30秒的頻率采集集水井水位數據，無其他工況參數采集功能；固定邏輯控制模塊預設固定水位閾值，僅依據水位是否達標觸發水泵啟?；蚬潭l率運行，控制邏輯無動態調整能力；簡單啟停模塊針對多泵系統僅按“先開先停”或“固定順序”控制，無負載分配和運行優化邏輯；基礎報警模塊僅在水位超警戒值或水泵完全停機時彈窗報警，無故障預判和原因分析功能。
2、現有技術存在明顯不足：一是工況數據采集單一且頻率低，僅采集水位參數，無法捕捉短時強降雨、水泵瞬時負載突變等突發情況，控制依據片面；二是控制方式僵化，依賴固定閾值，無轉速調節功能，低負荷工況能耗浪費嚴重，且頻繁啟停縮短水泵使用壽命；三是多泵協同能力缺失，未考慮水泵個體差異，系統運行效率低于60%；四是故障診斷能力薄弱，僅能識別極端故障，無潛在問題預判能力，故障處理耗時長達2-4小時；五是適配性差，未區分不同類型隧道的排水需求差異，無能耗分析和優化建議功能。
3、因此，有必要提供隧道水泵動態節能調節方法及系統解決上述技術問題。
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，本發明提供隧道水泵動態節能調節方法及系統，用于解決現有隧道水泵控制系統中存在的數據采集單一、控制僵化、節能效果差、多泵協同不足、故障診斷薄弱的問題。
2、本發明提供的隧道水泵動態節能調節方法，所述方法包括：
3、通過采集單元采集隧道排水系統中的水位參數、水泵運行狀態參數、環境參數及管道運行參數，并匯總生成多維度工況數據；
4、基于所述多維度工況數據，結合水位變化速率、降雨量及總排水需求，對隧道排水工況進行分類，得到工況分類結果；
5、根據所述工況分類結果，采用融合控制算法動態調節水泵轉速，并基于水泵效率排序和負載分配邏輯完成多泵協同運行；
6、基于水泵額定參數、歷史運行數據及實時工況數據，動態設定故障判斷閾值，通過分析參數變化趨勢對潛在故障進行提前預警，并輸出故障原因及處理指引。
7、優選的，所述通過采集單元采集隧道排水系統中的水位參數、水泵運行狀態參數、環境參數及管道運行參數，并匯總生成多維度工況數據，具體包括：
8、部署水位采集單元、水泵運行參數采集單元、環境參數采集單元與管道運行參數采集單元，其中，所述水位采集單元對應隧道內每500m部署1個分布式液位傳感器；所述水泵運行參數采集單元配置有變頻器接口和電流互感器；所述環境參數采集單元包括降雨量傳感器及水質濁度傳感器；所述管道運行參數采集單元包含管道流量傳感器；
9、在所述隧道排水系統中，所述水位采集單元通過有線或無線方式與所述分布式液位傳感器建立通信，并采集所述水位參數，即水位h；所述水泵運行參數采集單元通過所述變頻器接口和所述電流互感器接入所述水泵運行狀態參數，包括水泵電機電流i、水泵電機功率p、水泵轉速n、出口壓力p；所述環境參數采集單元通過所述降雨量傳感器和所述水質濁度傳感器采集所述降雨量r、所述水質濁度t；所述管道運行參數采集單元通過所述管道流量傳感器采集所述管道運行參數，即管道流量q，且所有采集單元均接入邊緣網關；
10、各采集單元將采集到的所述水位h、所述水泵電機電流i、所述水泵電機功率p、所述水泵轉速n、所述出口壓力p、所述降雨量r、所述水質濁度t、所述管道流量q傳輸至邊緣網關并進行格式標準化處理，匯總生成所述多維度工況數據。
11、優選的，所述基于所述多維度工況數據，結合水位變化速率、降雨量及總排水需求，對隧道排水工況進行分類，得到工況分類結果，具體包括：
12、對所述多維度工況數據進行異常值剔除和平滑處理，并基于所述水位h獲取水位變化速率v；
13、設定工況分類閾值，包括第一水位閾值h1、第二水位閾值h2，第一水位變化速率閾值v1、第二水位變化速率閾值v2，第一降雨量閾值r1、第二降雨量閾值r2，第一排水需求閾值q1、第二排水需求閾值q2；
14、基于異常值剔除和平滑處理后的所述多維度工況數據和所述工況分類閾值對所述隧道排水工況進行分類，得到所述工況分類結果；
15、其中，所述隧道排水工況的分類規則為：當h<h1且v<v1且r<r1且q<q1時，判定為低負荷工況；當h1≤h≤h2且v1≤v≤v2且r1≤r≤r2且q1≤q≤q2時，判定為中負荷工況；當h>h2或v>v2或r>r1或q>q2時，判定為高負荷工況。
16、優選的，所述低負荷工況下的所述水泵轉速的動態調節過程如下：
17、調取所述水位h、額定水泵轉速n0、所述水泵電機功率p及理論水泵電機功率p0，其中，所述理論水泵電機功率p0基于額定水泵電機功率和所述低負荷工況下的負載系數計算得出；
18、獲取低負荷水泵轉速系數，并基于所述水位h和所述水泵額定轉速n0計算初始水泵轉速如下：
19、；
20、結合所述水泵電機功率p和所述理論水泵電機功率p0的偏差對所述初始水泵轉速進行修正，得到修正水泵轉速如下：
21、獲取所述低負荷工況下的低負荷水泵轉速約束范圍，將所述修正水泵轉速與所述低負荷水泵轉速約束范圍進行比對，若所述修正水泵轉速位于所述低負荷水泵轉速約束范圍內，則將所述修正水泵轉速作為低負荷最終水泵轉速，若所述修正水泵轉速超出所述低負荷水泵轉速約束范圍，則將所述低負荷水泵轉速約束范圍的下邊界值作為所述低負荷最終水泵轉速。
22、優選的，所述中負荷工況下的所述水泵轉速的動態調節過程如下：
23、調取目標水位、pid控制參數，包括比例系數、積分系數、微分系數、單位排水量能耗約束值w；
24、基于pid控制算法計算水泵轉速調節量δn如下：
25、式中，e(t)表示當前時刻t的水位偏差；
26、基于所述水泵轉速調節量δn，結合所述水泵轉速n計算中負荷最終水泵轉速；
27、獲取實際排水量，結合所述水泵電機功率p計算當前單位排水量能耗；
28、獲取所述中負荷工況下的中負荷水泵轉速約束范圍，若且所述中負荷最終水泵轉速作為中負荷最終水泵轉速；若，則重新調整所述pid控制參數，降低所述水泵轉速調節量δn和所述中負荷最終水泵轉速，直至。
29、優選的，所述高負荷工況下的所述水泵轉速的動態調節過程如下：
30、獲取總排水量需求和單泵最大流量，計算排水需求缺口；
31、若，基于所述排水需求缺口和所述單泵最大流量確定啟動水泵數量，其中，表示向上取整函數；若，則無需啟動額外水泵，僅調節當前水泵的所述水泵轉速；
32、獲取高負荷水泵轉速系數，計算單泵目標轉速，其中，為降雨量適配系數；
33、根據每臺水泵的效率確定對應的水泵轉速，直至最大化所述隧道排水系統的綜合效率。
34、優選的，每臺水泵的水泵轉速的計算公式如下：
35、式中，表示第i臺水泵的水泵轉速；為第i臺水泵的效率；表示水泵電機實際出水功率；表示水泵電機輸入功率；表示水密度；g表示重力加速度；h表示水泵實際揚程；
36、所述隧道排水系統的綜合效率的計算公式如下：
37、式中，表示第i臺水泵的分配流量。
38、優選的，所述水泵實際揚程h的計算公式為：，其中，表示管道損失揚程；
39、基于轉速-效率曲線實時計算水泵運行效率，式中，a、b、c表示轉速-效率曲線的擬合系數；
40、基于能耗優化公式計算水泵最優能耗，通過比對所述水泵電機功率p與所述水泵最優能耗得到能耗誤差，若所述能耗誤差小于預設能耗誤差閾值，則再次調節所述水泵轉速，直至所述水泵電機功率p達到所述水泵最優能耗。
41、隧道水泵動態節能調節系統，所述系統包括：
42、數據采集模塊，用于通過采集單元采集隧道排水系統中的水位參數、水泵運行狀態參數、環境參數及管道運行參數，并匯總生成多維度工況數據；
43、工況分類模塊，用于基于所述多維度工況數據，結合水位變化速率、降雨量及總排水需求，對隧道排水工況進行分類，得到工況分類結果；
44、轉速調節模塊，用于根據所述工況分類結果，采用融合控制算法動態調節水泵轉速，并基于水泵效率排序和負載分配邏輯完成多泵協同運行；
45、故障預警模塊，用于基于水泵額定參數、歷史運行數據及實時工況數據，動態設定故障判斷閾值，通過分析參數變化趨勢對潛在故障進行提前預警，并輸出故障原因及處理指引。
46、與相關技術相比較，本發明提供的隧道水泵動態節能調節方法及系統具有如下有益效果：
47、本發明通過采集單元采集隧道排水系統中的水位參數、水泵運行狀態參數、環境參數及管道運行參數，并匯總生成多維度工況數據；基于多維度工況數據，結合水位變化速率、降雨量及總排水需求，對隧道排水工況進行分類，得到工況分類結果；根據工況分類結果，采用融合控制算法動態調節水泵轉速，并基于水泵效率排序和負載分配邏輯完成多泵協同運行；基于水泵額定參數、歷史運行數據及實時工況數據，動態設定故障判斷閾值，通過分析參數變化趨勢對潛在故障進行提前預警，并輸出故障原因及處理指引，從而通過多維度工況數據采集、智能算法動態調節、多泵協同優化及精準故障預警，實現隧道水泵的按需供能、能耗降低、運行穩定及維護高效，解決現有隧道排水系統無法滿足精細化、節能化、安全化管理的核心需求。
48、本發明通過動態轉速調節與多泵協同優化，使得水泵系統整體能耗降低15%-30%，進而可以節約高額電費成本；同時使得單位排水量能耗降低20%以上，相比現有固定控制模式，大幅提升能耗利用效率，有效減少能源浪費。本發明：可以將水位誤差控制在5cm以內，精準維持水位在安全區間，避免因水位超限或過低引發的排水安全隱患，；通過多泵協同運行策略減少了水泵頻繁啟停，使水泵使用壽命延長15%-20%，相應降低設備維護成本25%，顯著提升水位控制精度與系統運行穩定性，保障隧道排水系統長期穩定運行。本發明可提前24-72小時預警電機過熱、軸承磨損、管道堵塞等潛在故障，有效避免故障擴大化導致的隧道積水風險；并保證故障診斷準確率在90%以上，配合明確的故障原因分析及處理指引，使故障處理耗時從原有的2-4小時縮短至30分鐘內，維護效率提升80%，降低運維被動性。本發明支持公路、鐵路及長、短隧道等不同場景的個性化配置，例如長隧道可實現分段排水控制，多雨地區能強化降雨聯動調節；并配備web端與移動端多終端交互功能，支持遠程監控與操作，無需人員現場值守，大幅提升系統操作靈活性與管理便捷性。