[发明专利]恒压离散变流量的集群型水泵配置方法

说明书

技术领域

本发明涉及供水系统的恒压离散变流量的集群型水泵配置方法。

背景技术

工矿企业用水量通常是逐年、逐月、逐日、逐时地变化，然而大部分企业供水系统往往采用满足最大流量需求的供水方式进行供水，经常出现供水过剩的跑水现象，这样不仅造成水资源与动力的浪费，同时管道中水头损失与用水量大小有关，泵效率大大降低，往往又造成电能的很大浪费。针对复杂给排水系统，相关文献已经公开了由多台水泵与多台变频器组成的群控水泵系统，泵组投切方式根据用水需求实现位式控制，流量可以通过变频实现连续调节，一定程度上解决水资源浪费问题、提高了系统效率，但还存在如下问题：（1）整个系统配置变频器较多，变频器价格高，一次性投资大，整个系统性价比低；（2）设备较多，控制复杂，可靠性降低；（3）采用同型号的泵并联工作方式，无法做到大小兼顾、灵活调度。

发明内容

本发明针对现有群控水泵系统的配置方案存在的上述问题，提供一种根据工况企业用水量离散变化规律而合理配置水泵台数及额定流量的恒压离散变流量的集群型水泵配置方法。

本发明的技术解决方案是：

一种恒压离散变流量的集群型水泵系统的水泵配置方法，其特殊之处是：

1）确定离散的流量工况变化规律

按流量从小到大排布，离散流量工况及相应概率分别表示为：

（Q1，P1）、（Q2，P2）、（Q3，P3）…（Q7，P7）

Q表示流量，单位：m³/小时，Q1< Q2<…< Q7，P表示相应流量出现的概率，P1+ P2+…P7 =1；通过上面的表达式表达出大于3种而小于等于7种离散流量工况变化的变化规律：当P1～ P7都不等于零时，表示7种离散流量工况；当P1～ P7有3个为零时，表示为4种离散流量工况；其它情况依次类推；

2）设定三种型号水泵的最优流量

按照额定流量从小到大排布，三种型号水泵的最优流量分别为：Qa、Qb、Qc，且满足Qa< Qb< Qc，如果恒压一定扬程下每台水泵在运行过程中都保证以其最优流量输出，三种型号水泵的不同组合产生如下7种流量工况：Qa、Qb、Qa+Qb、Qc、Qa+Qc、Qb+Qc、Qa+Qb+Qc，并满足如下关系：

Qa<Qb<Qa+Qb<Qc<Qa+Qc<Qb+Qc<Qa+Qb+Qc；

3）根据不同离散流量需求启动相应的水泵组合

流量工况为Q1时，启动a泵，实际流量为Qa；流量工况为Q2时，启动b泵，实际流量为Qb；流量工况为Q3时，启动a、b泵，实际流量为Qa+Qb；流量工况为Q4时，启动c泵，实际流量为Qc；流量工况为Q5时，启动a、c泵，实际流量为Qa+Qc；流量工况为Q6时，启动b、c泵，实际流量为Qb+Qc；流量工况为Q7时，启动a、b、c泵，实际流量为：Qa+Qb+Qc；

4）按总供水误差最小原则设定最优性能指标

5）非线性优化问题求解待定的三种型号水泵最优流量

将问题转化为如下的带有约束的非线性优化问题：

求得的结果为：

上式为矩阵运算，[]表示为矩阵，指数-1表示矩阵求逆；

6）根据最优流量值配置水泵

将七种离散流量及其相应概率的数据带入上式，得到三台水泵的最优流量Qa、Qb、Qc，选择最优工况点接近的参数作为额定参数配置三台水泵；

7）组建恒压离散变流量的高效集群水泵系统

将三台水泵与三台电动机和三个控制阀相连；配置PLC控制单元、全压母线、三台软起动器和三台交流接触器，每台电动机分别通过并联的软起动器和相应的交流接触器常开触点接全压母线，软起动器和交流接触器常开触点的吸合和断开通过PLC控制单元控制，PLC控制单元用来根据流量工况控制相应的软启动器和交流接触器常开触点的工作状态并将相应的水泵启动。