Infoworks IWLive 实时在线供水模型及其产品体系

Infoworks IWLive 实时在线供水模型及其产品体系

1.       功能概述

IWLive是一款供水管网运营模型的实时模拟软件，它具备水力和水质模拟、蓄水量预测和泵站调度优化功能。IWLive主要具备的功能特点如下：

  1.  实时预测与校核

       通过添加Demand Watch模块，IWLive能实现供水区域需水量预测。在24-48h预测需水量条件下运行模型，将得到实时预测管网运行模拟结果。实时SCADA数据和预测模拟结果的比对将证明IWLive的预测效果。

  1. 实时预警

       在验证了IWLive预测效果后，若实时SCADA数据与模拟结果出现较大偏差，IWLive将认定异常情况。

  1.  应急方案模拟测试

       在发现运营事故之后，可在IWLive里进行停泵维护、关阀等应急方案测试，寻求降低影响的最优方案，并为运营单位争取时间通知受影响用户群体，维护运营单位的声誉。

  1. 运营调度能耗优化

通过添加BalanceNet模块，IWLive能计算最优水泵调度规则，在满足供水需求的前提下，降低水泵能耗。

  1. 多主机并行计算

IWLive也允许多主机并行计算，这将大大提升多方案计算速度。

2.       主要功能模块介绍

IWLive的安装部署需要先安装WS Pro作为计算引擎。在此基础上，IWLive系统本身可实现需水量预测、在线模拟和水泵调度优化计算，其主要功能模块包括Operator Client模块、DemandWatch模块和BalanceNet模块。各模块简介如下：

2.1    Operator Client (UI)

IWLive的模拟结果展示界面，供用户查看实时模型的模拟结果，同时可做简单的模型编辑和边界条件修改。

2.2    DemandWatch

IWLive的需水量预测模块，以SCADA Historian历史数据库数据为输入数据训练和验证预测模型，实时在线预测未来最多7天的需水量。预测数据可作为IWLive Pro的预测需水量配置数据，支持IWLive运行短期未来模拟计算。

2.3    BalanceNet

IWLive的水泵优化调度计算模块，基于IWLive计算输出的短期预期模拟工况，运用遗传算法计算优化的调度命令，优化后的调度方案将满足用户定义的服务水平要求，同时实现管网运营成本的优化。

3.       在线模拟系统架构及运行模式

IWLive以WS Pro为计算引擎基础，搭载DemandWatch模块和BalanceNet模块，通过SCADA实时数据的同步更新，即可实现在线预测、模拟和优化调度。若通过脚本沟通系统与SAP、GIS和CMMS等第三方应用的数据，则可进一步实现WS Pro供水模型的实时在线

更新。由BalanceNet模块计算输出的控制数据还能通过PLC自动控制水泵的启闭，部署优化方案。下图所示为集实时模型更新、需水量预测、实时模拟和调度优化控制为一体的系统部署架构。


图3.1 IWLive部署实施系统架构图

4.       产品组合形式

依据用户需求，IWLive提供各配置级别的产品套餐组合，各套餐详细内容如下表。

表4.1 IWLive产品套餐

             

    

IWLive Pro Server

IWLive Pro UI

DemandWatch

BalanceNet

1

√

√

 

 

2

√

√

√

 

3

√

√

√

√

4

√

 

 

 

5

 

√

 

 

注：1. 套餐1为IW Live System基本版

2. IWLive Pro Server用以驱动WS Pro运行模拟并连续对比SCADA实时数据。

5.       云部署模式

Infoworks模型软件可实现在云服务器部署，云服务器可共享权限、数据存储和模拟运行，实现工作组工作模式，提高工作效率。如下图所示，位于网络中央的云服务器与项目所在地的计算机远程上传下载实现数据交流，统一管理各项目模型数据。项目所在地计算机可根据权限进行模型的查看、编辑修改和运行模拟，并可将运行计算任务分配给云服务器，提高计算效率。分配方式包括用户定向分配或委托协调器计算机依据计算资源判断分配。若将软件使用权限安装在云服务器，则用户可远程共享软件权限。


图5.1 云部署架构

6.       应用案例

IWLive系统在国外已有多处成功实施的案例，以下列举的案例将分别从系统实施步骤、实施成效和模型在智慧水务中的应用介绍IWLive的落地效果。

6.1    Yarra Valley Water实施成效

       Yarra Valley 水司在可远程控制的管网系统上实施IWLive实时模型，融合了日期数据、天气数据、预测需水量数据、SCADA数据、离线实测数据及已校核完成的水力模型。实施结果表明IWLive预测模拟数据与实测数据基本相符。部分对比图如下所示（绿色代表实测数据，蓝色为IWLive预测模拟数据）。


图6.1 用水小区需水量预测值与实测值对比


图6.2 FE421流量计模拟值与实测值对比图


图6.3 WPG854消火栓压力模拟值与实测值对比图

 

    这一方面表明IWLive所映射的水力模型校核精度较高，通过实测数据的实时比对，提高了运营人员对水力模型模拟结果的信任感；另一方面，这也表明IWLive实时模型可提供可靠的实时预警信息，支持及时有效的运营决策。如下图所示，监测发现管网流量计实测值远高于模型模拟值，此将被认定为运营异常发出预警信息，原因可能是流量计故障或发生突发事件等。


图6.4 FE421流量计实测流量异常

 

6.2    Sydney Water 实施步骤和成效

悉尼水务是澳大利亚最大的水务公司，服务面积12,700km2，服务人口约460万，供水管网长度为21,635km。IWLive 试点项目覆盖10%的供水管网。

        悉尼水务IWLive试点的实施步骤为：

（1）      导入规划模型：直接导入建立8-10年之久的Infoworks WS水力模型作为IWLive的映射模型；

（2）      连接SCADA实时数据：SCADA实时数据一部分作为模型的边界及初始条件，如泵阀状态和水池液位等；一部分作为模型校核数据，如压力及流量数据；

（3）      编辑设备控制命令：使用UPC编辑控制命令，实现通过实测数据判定设备状态，如根据水池液位判定水泵开闭；

（4）      配置需水量预测模块：将水力模型与Demand Watch 需水量预测模块相耦合，配置SCADA历史数据，作为Demand Watch的输入数据，再以预测需水量作为水力模型的输入参数进行预测性模拟；

（5）      模型校核：对比模型模拟值和实测数据值差异，进行模型校核。

 

IWLive试点实施过程中，协助悉尼水务发现仪表故障和爆管事件，如下各图所示。


图6.5 配置实测数据时发现仪表测量质量不稳定

 


图6.6 模拟数据与实测数据对比发现爆管事件

 

6.3    Adelaide智慧水务项目

Adelaide在实施管网并网工程时，同时完成了供水管网实时运营分析工具体系的建设，该工具体系由水量预测模块、管网运营模型、管网监测数据仪表板和管网调度优化模块四部分组成。四部分相互耦合形成完整体系，是行业智慧项目的标杆。其中，管网运营模型由IWLive实现，是建成规模最大的实时水力模型之一。


图6.7 Adelaide供水管网实时运营分析工具体系

    各模块简述如下：

  1. 水量预测模块：根据客户性质、历史需水量、历史及预测天气、时间点、节假日、季节和特殊事件预测7日需水量
  1.  管网运营模型：根据预测水量运行模型，得到管网未来7天的模拟结果。通过IWLive模型工具实现。
  1. 管网监测数据仪表板：将预测需水量、水力模型模拟结果、SCADA实测数据、水质数据、管网资产数据、客服数据和天气数据在监测仪表板进行可视化计算展示。
  1. 管网调度优化模块：在满足供水目标和边界条件的前提下，寻求泵站提升成本、水处理成本和转输成本最优化调度方案。

这套运营工具不仅可提供技术上的支持，还能在增进水司利益相关者对企业活动的参与度、改变管理模式和改善运营能力方面发挥优势。通过实时模拟、预测技术和优化技术的耦合降低运营成本。

7.       智慧供水解决方案产品体系

IWLive与其它供水模型软件组合可形成一体化解决方案，为供水业务客户提供全面的技术支持和增值服务。其中，IWLive 主要实现自动、定时、持续的模型计算，对未来进行预报预警，辅助决策，并输出预报预警结果。其它模型软件侧重实现的功能详述如下：

7.1    Infoworks WS Pro

基础供水模型软件，是IWLive的运算内核，可用于规划、设计、预案分析、应急决策预案、系统运行模式改善等。WS Pro具备以下优势：

  1. 可实现工作组不同成员同时编辑模型，提供冲突解决方案；
  1. 可通过自定义标签实现数据溯源，方便数据检查，确保数据完整性；
  1. 支持多种格式数据库的实时数据对接，为模型校核、DMA用水量分析和漏损定位分析提供实测数据支持；
  1. 可运用指定服务器同时进行多线程模拟，优化资源配置，提高工作效率；
  1.  包含丰富的内置分析工具，支持用户实现高级分析。

7.2    Infoworks Exchange

接口开发模块，支持远程调度，可用于IWLive系统与第三方系统的整合与定制开发。

7.3    Info 360

历史在线实时监测数据管理和分析软件，保证对历史实时监测，如SCADA数据的存储和各种的趋势，问题的分析。可与IWLive系统对接呈现实时模拟结果的分析。

7.4    InfoAsset

基础设施资产管理系统，实现对供排水系统基础设施（管网、水厂、配套设施）的基础信息、运行状况、发生事故、维护记录等等，实现全寿命周期的管理，辅助基础设施的运维管理。InfoAsset与IWLive系统整合可实现模型网络静态资产数据的实时同步更新。


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