專利名稱：一種進行單型號水泵節能運行調度的系統及其方法
技術領域：
本發明涉及水泵的運行調度。具體涉及一種進行單型號水泵節能運行調度的系統及其調度方法。
背景技術：
在市政、水利、石化等行業中大量采用了水泵進行流體的提升或增壓，其中，采用數臺相同型號水泵并聯運行、部分水泵采用變頻調速裝置是最經常遇到的情況。水泵的電耗在市政、水利行業往往占了工程總電耗的70%以上，在其他行業的應用中往往也占了相當大部分。在不同運行工況條件時，往往可能有多種水泵數量的組合方案同時滿足運行工況要求，而各不同方案組合中水泵運行的工作點不同，其能耗也有差異。以往在工程實際中，操作工人往往僅憑經驗，在一定的工況范圍內選定某一水泵運行組合，其結果未經理論分析，并不一定是最優化(節能)的水泵運行組合方案。如何針對實際運行工況快速篩選出所有可行的水泵運行組合方案，并對其能耗進行分析，進而得到優化的水泵節能運行組合方案，從而解決實際運行工況下最經濟的水泵運行組合方案的選擇這一問題是本發明需要解決的問題。

發明內容
本發明的目的在于提供一種進行單型號水泵節能運行調度的系統，能夠通過給定工況下，根據水泵的流量、揚程、能耗等參數以及水泵裝機數量、變頻水泵數量等邊界條件，篩選出所有能滿足運行工況的水泵運行組合方案，并對可行的方案進行能耗分析，得到能耗最小的水泵優化運行組合方案，從而解決水泵經濟運行的問題。為了實現上述目的，本發明的技術方案如下:一種進行單型號水泵節能運行調度的系統，包括進水端和出水端，在進水端和出水端之間并聯連接的若干個水泵，其特征在于所述每個水泵分別設有一水泵控制箱，在進水端設有一進水壓力表(液位儀)，在出水端設有一出水壓力表(液位儀)，在出水端還設有一流量計，該調度系統還包括一控制單元，該控制單元的數據采集端與所述進水壓力表(液位儀)、出水壓力表(液位儀)和流量計連接，該控制單元的水泵控制端與各個水泵控制箱連接。本發明的另一目的在于提供一種進行單型號水泵節能運行調度的方法，能夠通過給定工況下，根據水泵的流量、揚程、能耗等參數以及水泵裝機數量、變頻水泵數量等邊界條件，對能滿足運行工況的水泵運行方式進行篩選，并對可行的方案進行能耗分析，得到能耗最小的水泵運行組合方案，從而解決水泵經濟運行的問題。為了實現上述目的，本發明的技術方案如下:一種進行單型號水泵節能運行調度的方法，包括以下步驟:A、讀取水泵參數數據；B、讀取實時運行工況數據；C、計算水泵流量-揚程關系式和流量-功率關系式的系數；D、計算運行工況下水泵流量，并確定最少的運行水泵數量；E、水泵運行組合方案篩選；F、計算可行方案的運行總能耗并排序。在市政、水利、石化等行業中大量采用了水泵進行流體的提升或增壓，其中，采用數臺相同型號水泵并聯運行、部分水泵采用變頻調速裝置是最經常遇到的情況。對于有多種水泵數量的組合方案可以同時滿足運行工況時，需要確定一個最為節能的方案。由于水泵運行組合方案眾多，計算時還遇到大量的反復迭代，費時費力又容易錯漏，以往在工程實際中，操作工人往往僅憑經驗，在一定的工況范圍內選定某一水泵運行組合，其結果未經理論分析，并不一定是最優化(節能)的水泵運行組合方案。本發明可以在給定的工況下，根據水泵工況點的流量、揚程、能耗等參數，以及最大工作水泵數量、工頻水泵數量、變頻水泵數量、水泵運行范圍的最小流量、最大流量等邊界條件，對所有能滿足運行工況的水泵運行組合方案進行枚舉，并對適應水泵運行范圍的方案進行篩選，再對可行的方案進行能耗分析，得到能耗最低的水泵運行組合方案，從而解決水泵經濟運行的問題，對水泵的運行調度起指導作用。


圖1為單型號水泵節能運行調度系統圖。圖2為單型號水泵節能運行調度分析流程框圖。圖3為水泵特性曲線圖。
具體實施例方式如圖1所示，一種進行單型號水泵節能運行調度的系統包括進水端和出水端，在進水端和出水端之間并聯連接的若干個工頻水泵I和變頻水泵2，所述每個工頻水泵I和變頻水泵2均分別設有一水泵控制箱3，在進水端設有一進水壓力表(液位儀)4，在出水端設有一出水壓力表(液位儀)5，在出水端還設有一流量計6，該調度系統還包括一控制單元7，該控制單元的數據采集端與所述進水壓力表(液位儀)、出水壓力表(液位儀)和流量計連接，該控制單元的水泵控制端與各個水泵控制箱連接，通過水泵控制箱控制水泵運行，從而對其進行調度。本發明中控制單元的硬件為現有技術，在此不再贅述。本發明中工頻水泵和變頻水泵均采用相同型號的水泵，僅從運行方式分為額定轉速(工頻水泵)及可變轉速(變頻水泵)。一種進行單型號水泵節能運行調度分析的方法，包括以下步驟:A、讀取水泵參數數據；B、讀取實時運行工況數據；C、計算水泵流量-揚程關系式和流量-功率關系式的系數；D、計算運行工況下水泵流量，并確定最少的運行水泵數量；E、水泵運行組合方案篩選；F、計算可行方案的運行總能耗并排序；G、輸出最優運行方案結果。其中方案組合篩選時，可分兩種情況，有變頻水泵時，根據運行工況揚程確定工頻水泵流量，并根據工頻水泵數量確定變頻水泵總流量，根據變頻水泵數量確定變頻水泵流量、揚程，并計算變頻水泵的功率及變頻率，然后判斷水泵流量是否在許可流量內；沒有變頻水泵時，根據工頻水泵數量確定工頻水泵流量、揚程、功率，然后判斷水泵流量是否在許可流量內。下面根據本發明的具體實施對本發明的技術方案進行詳細說明。一種進行單型號水泵節能運行調度分析的方法，具體包括以下步驟:
A、讀取水泵參數數據，包括單臺水泵的數個(不小于3個)流量％、揚程故、功率Pi工況點數據，單臺水泵最小運行流量Qmin、最大運行流量Qmax,已安裝的工頻水泵數量Ns，已安裝的變頻水泵數量Nv，最多允許同時工作的水泵數量Nmax (這里的參數數據已建立在計算機內，所有的參數均為現有參數，與已安裝水泵對應)。B、通過流量儀、壓力表等數據采集裝置獲取運行工況的總流量Q,6、揚程H(即出水壓力表測得的出水壓力減去進水壓力表測得的進水壓力)。C、在水泵運行范圍內(Qmin Qmax),水泵流量_揚程關系式為:H=ahXQ2+bhXQ+ch(式1)，流量-功率關系式為:P=apXQ2+bpXQ+cpGi2)，其中H為揚程，Q為流量，P為功率。根據已讀取的水泵參數文件，采用二元線性回歸分析法，計算水泵流量-揚程關系式的系數ah、bh、ch,以及流量-功率關系式的系數ap、bp、cp (由于在上述水泵參數文件中，包括不小于3個流量、揚程和功率工況點參數，因此可以通過二元線性回歸分析法求出上述系數
bh、Cj1 及 ε ρ、bp、Cp) οD、根據數據采集裝置采集的實時運行揚程H，通過逐步逼近法進行迭代試算，計算在該揚程下單臺工頻水泵的流量( ;然后根據數據采集的總流量Q,6及計算的單臺工頻水泵流量Qse,將Qg/Qje并向上取整，可以確定最少需要運行的工頻水泵數量Iiniin，從而可以減少下一步枚舉法計算時的方案數量(即水泵運行數量少于nmin時，水泵組合的流量將小于所需的總流量Q&方案不可行)。逐步逼近法計算( 的步驟為如下過程:
1)設定流量的計算范圍Qs=Qmin,Qe=Qmax ；
2)流量的計算值Qtmp=(Qs+Qe) +2 ；
3)將Qtmp值帶入式I中進行計算，得到Htmp；
4)將Htmp與采集的實時運行揚程H進行比較，如果Htmp>H，則Qs=Qtmp,如果Htmp〈H，則Qe Qtmp
5)循環次數加1，并 判斷循環結束條件(Htmp與H差值的絕對值|Htmp-H|達到設定的精度要求，或循環次數超過設定的最大循環次數)，如不滿足循環結束條件，則重復2) 5)直至循環結束條件滿足；
6)則Qse=Qtmp。 E、根據最少運行水泵數量Iiniin及最多工作水泵數量Nniax及工頻水泵數量N jg和變頻水泵數量Nv，采用枚舉法對所有可能的水泵運行組合方案進行分析:
I)當方案中有變頻水泵時，依據有變頻水泵參與運行時，工頻水泵揚程等于工況點揚程，其余流量由變頻水泵通過變頻運行供給的原則進行計算。a)設置工作水泵數量η工=Iiniin ；
b)設置工頻水泵數量ns=0 ；
c)當n；g>0時,判斷Qse(在步驟D中已計算)是否在水泵運行范圍內(Qmin〈Qjg〈Qmax)。若符合條件，則繼續d)，否則跳至j)；
d)變頻水泵數量η$=η工-ns，并判斷11$是否小于Nv，若小于，則繼續e)，否則跳至i)；
e)計算單臺變頻水泵的流量Q,變=(Q總-Q定Xη定)+η變；
f)根據變頻水泵公式:H=ahXQ變+(bhXRv) X Q變+ (ChX Rv2)(式3)，采用逐步逼近法進行迭代試算，計算變頻水泵的變頻率Rv。逐步逼近法計算Rv的步驟為如下過程:
①設定變頻率的計算范圍Rs=0，Re=I；
②變頻率的計算值Rtmp=(Rs+Re) +2 ；
③將Rtmp值帶入式3中進行計算，得到Htmp；
④將Htmp與揚程H進行比較，如果Htmp>H，則Rs=Rtmp,如果Htmp〈H，則Re=Rtmp；⑤循環次數加1，并判斷循環結束條件(Htmp與H差值的絕對值IHtmp-Hl達到設定的精度要求，或循環次數超過設定的最大循環次數)，如不滿足循環結束條件，則重復② ⑤直至循環結束條件滿足；
⑥Rv=Rtmp ;
g)計算變頻水泵Q變、H變(H變=H)對應工頻工況點Q定’=Q變+Rv，H定’ =H變+Rv2 ；
h)判斷( ’是否在水泵運行范圍內(Qmin〈Qs’<Qmax)，符合條件，則該方案可行，計算結果納入可行方案列表；
i)nJg增加1，循環c) i)至njg >Njg,結束循環； j)n工增加1，循環b) j),至η工〉Nmax,結束循環；
2)當方案中沒有變頻水泵時:
a)設直工頻水栗數星η$ =nmin ;
b)計算單臺工頻水泵流量Qjg” =Q, +η定；
c)判斷( ”是否在水泵運行范圍內(Qmin〈Qs”〈Qmax)，符合條件，則該方案可行，繼續d)，否則跳至e)；
d)根據式I計算Qs”時的揚程，計算結果納入可行方案列表；
e)nJg增加1，循環b) e)至njg>Njg,結束循環；
3)通過以上的計算篩選，可以確定所有可行的水泵運行方案(水泵均工作在允許運行范圍內)。F、對篩選后可行的方案，依據式2進行工頻水泵的能耗計算，并依據式2先計算變頻水泵對應工頻工況點的能耗，再根據變頻水泵功率與變頻率的關系P$=PS XRv3進行變頻水泵的能耗計算，將水泵運行組合方案中各臺水泵的能耗累加得到該方案的總能耗后，依據總能耗由低到高對所有可行的方案進行排序。G、輸出最優運行方案結果。將優化運行方案結果輸出至顯示屏顯示，當方案多于三個時輸出前三個方案，以供人工選擇水泵調度運行方案，或根據最優方案結果由控制單元通過水泵控制端輸出控制信號自動控制水泵運行。
權利要求
1.一種進行單型號水泵節能運行調度的系統，包括進水端和出水端，在進水端和出水端之間并聯連接的若干個工頻水泵和變頻水泵，所述每個工頻水泵和變頻水泵均分別設有一水泵控制箱，在進水端設有一進水壓力表，在出水端設有一出水壓力表，在出水端還設有一流量計，該調度系統還包括一控制單元，該控制單元的數據采集端與所述進水壓力表、出水壓力表和流量計連接，該控制單元的水泵控制端與各個水泵控制箱連接。
2.一種進行單型號水泵節能運行調度的方法，包括以下步驟:A、讀取水泵參數數據；B、讀取實時運行工況數據；C、計算水泵流量-揚程關系式和流量-功率關系式的系數；D、計算運行工況下水泵流量，并確定最少的運行水泵數量；E、水泵運行組合方案篩選；F、計算可行方案的運行總能耗并排序。
3.按權利要求2所述的方法，其特征在于:步驟E包括兩種情況，有變頻水泵時，根據運行工況揚程確定工頻水泵流量，并根據工頻水泵數量確定變頻水泵總流量，根據變頻水泵數量確定變頻水泵流量、揚程，并計算變頻水泵的功率及變頻率，然后判斷水泵流量是否在許可流量內；沒有變頻水泵時，根據工頻水泵數量確定工頻水泵流量、揚程、功率，然后判斷水泵流量是否在許可流量內。
4.如權利要求2或3所述的方法，其特征在于該方法還包括步驟G、輸出最優運行方案結果。
全文摘要
本發明公開了一種進行單型號水泵節能運行調度的方法，包括以下步驟A、讀取水泵參數數據；B、讀取實時運行工況數據；C、計算水泵流量-揚程關系式和流量-功率關系式；D、計算運行工況下水泵流量，并確定最少的運行水泵數量；E、方案組合篩選；F、計算可行方案的運行能耗并排序。本發明在給定的工況下，根據水泵的流量、揚程、能耗等參數，以及最大工作水泵數量、變頻水泵數量、水泵運行范圍的最小流量、最大流量等邊界條件，對所有能滿足運行工況的水泵運行組合方案進行枚舉，并對適應水泵運行范圍的方案進行篩選，再對可行的方案進行能耗分析，得到能耗最低的水泵組合運行方案，從而解決水泵經濟運行的問題，對水泵的運行調度起指導作用。
文檔編號F04B49/06GK103206364SQ201210007210
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者李靜毅, 陸曉如, 王如華, 顧玉亮, 張碩, 黃澄, 王健, 樂勤 申請人:上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司, 上海青草沙投資建設發展有限公司