基于GM-ARIMA预测的煤矿井下排水系统节能控制方法研究

摘要

为了降低井下排水系统的能耗，搭建了具有感知层、预测层、控制层、执行层、监控层五大模块的控制系统。基于预测的涌水量实现预判控制，降低泵效偏离损耗的同时优化调度策略；依据涌水量的序列特征，用一阶单变量灰色预测模型(GM（1,1）)提取涌水量趋势项，再对GM拟合后的残差序列采用自回归积分移动平均（ARIMA）模型进行随机波动修正，将趋势预测值与残差预测值叠加，得到GM-ARIMA组合模型的预测结果；结合预测的涌水量、分时电价政策及系统运行约束，以井下排水系统日总用电成本最小化为核心优化目标，构建单目标优化目标函数，并通过变频调速与多泵协同控制技术实现节能控制。最后，对GM-ARIMA模型进行实验分析，该模型的平均绝对百分比误差（MAPE）仅2.36%，决定系数R²=0.978，满足工程精度要求。通过对能耗进行对比分析，采用该预测模型可使排水系统能耗降低17.77%，证明了基于GM-ARIMA预测的井下排水系统能够有效降低系统能耗。

关键词

井下排水系统 / 节能控制 / GM-ARIMA / 多泵协同控制