[发明专利]一种多泵站城市排水管网系统的调速节能控制方法

权利要求书

1.一种多泵站城市排水管网系统的调速节能控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤1.建立排水系统泵的运行特性方程；

泵属于存在反抗压力的透平机，由透平机机械特性和泵的特性，用抛物线逼近和指数曲线拟合的方法，可得泵的特性方程为：

式中表示泵的扬程，表示消耗功率，表示流量，表示泵速，表示当时泵的扬程，表示当时泵的功率；表示泵的额定参数，表示系数，其中，；

步骤2.确定单泵站运行泵开启台数；

排水泵站中泵的开启台数是按照服务扬程所处的区间来确定的；泵站工作高效区左临界相似工况曲线方程为，表示高效区左临界曲线系数；高效区右临界相似工况曲线方程为，表示高效区右临界曲线系数；高效段左右临界点的服务扬程分别为和；最小服务扬程为，表示净扬程；

(1)当服务扬程时，定速水泵运行在期望的高效区以外；每台调速泵的流量调节范围，调速泵的运行台数；

(2)当服务扬程时，，调速泵的调节范围为：；定速泵和调速泵的最佳组合为：，其中M、N为自然数；

(3)当服务扬程在期望的高效区以外时，即或时，无论如何组合，泵站均运行于高效区外；

步骤3.单泵站多台调速泵并联运行的节能控制；

根据步骤1中泵的特性方程，可知，对泵站中第台泵的扬程有：

式中，，表示第i台泵的扬程，表示第i台泵的流量，表示当时第i台泵的扬程；则在泵站中台泵并联运行时，可以得到泵站总耗能：

同理，根据步骤1中泵的特性方程，可知，对泵站中第台泵的功耗有：

式中，，表示第i台泵的消耗功率，表示第i台泵的流量，表示当时第i台泵的消耗功率；水泵以并联方式运行时，为了使泵站功耗降到最低，可建立如下目标函数和约束条件：

为求以上目标函数在约束条件下的最小值，构造Lagrange函数，使用最优化控制方法，求出泵站能耗最低时，并联泵的转速；

步骤4.多泵站管网节能控制

城市排水系统多泵站管网的优化控制目标函数表示：

式中，表示泵站管网的总能耗，表示每个泵站的能耗，表示泵站中泵的开启台数，表示第台泵的消耗功率，表示第台泵的流量；污水泵站管网控制属多目标优化控制系统，是实现泵水耗能和污水溢出最小化的双目标控制系统，污水溢出的目标函数可表示为：

式中：表示污水溢出概率，表示泵站设定水位高度，为泵站水位高度变化量；要使该双目标优化控制系统控制效果最优，即和都取最小值，计算中采用主要目标法，即将双目标最优化问题转化为但目标的最优化，而将的最优化转化为单一约束条件；

式中为某一可接受正小量；

在排水系统中，约束的选择既要考虑控制变量也要考虑其它不能直接控制的变量，优化问题的约束有以下三种：

a.防止污水溢出，人孔的约束条件为：，其中表示第个人孔水位，表示第个人孔发生溢出时的临界水位；

b.管道允许的流量：，其中表示第个管道的实际流量，表示第个管道允许的最大流量值；

c.泵站进水池水位约束： ；式中和分别表示进水池可容许的最低水位和最高水位；

综上，多泵站管网的优化控制问题可以使用如下模型表示：

步骤5.将单泵站节能控制得出的泵开启台数和调速泵转速，反馈给排水系统底层PLC，实现对排水系统泵站运行进行实时控制，实现无人值守。