CN101858095B - 一种提供供水管网辅助调度数据的处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提供供水管网辅助调度数据的处理方法及装置，其特征在于，包括SCADA、供水管网水力模拟模型处理器、供水管网水量预测模型处理器、补充测量压力数据记录仪、辅助调度决策处理器，所述的辅助调度决策处理器分别与SCADA、供水管网水力模拟模型处理器、供水管网水量预测模型处理器、补充测量压力数据记录仪连接；与现有技术相比，本发明具有可以为城市供水管网的安全可靠调度、节能优化调度、智能化和信息化的科学调度，提供有效途径等优点。

Description

一种提供供水管网辅助调度数据的处理方法及装置

技术领域

本发明涉及一种提供辅助调度决策的处理方法及装置，尤其是涉及一种提供供水管网辅助调度数据的处理方法及装置。

背景技术

在城市供水管网的调度中，普遍使用数据采集和监视控制系统(SCADA)，该系统应用可编程控制器PLC、数据采集终端RTU等设备，实时采集供水管网中水厂的供水数据、管网监测点的数据，使调度人员看到当前供水管网的状况。

随着供水管网理论和技术发展，供水管网的水力模型已经应用于供水管网的模拟仿真计算，如：城市供水管网的规划、管网现状的分析等，但是仅局限于在模型上作一些独立的分析。

实际调度中，调度人员依据数据采集和监视控制系统(SCADA)的实时信息参考，确定下一步的调度方案。调度人员也可以在供水管网的水力模型上，根据自己的判断经验，设置参数条件后作模型模拟，分析一些相关问题，没有科学的调度决策系统，还不能做到动态地为调度人员提供参考性的调度方案。

在目前的城市供水调度中很极少应用水量预测模型，就是有，也只是单独应用，没有和SCADA系统、供水管网水力模拟模型处理器、补充测量压力数据记录仪、供水管网辅助调度决策软件组成一起作为一个系统型的应用，没有发挥水量预测模型的更多应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以为城市供水管网的安全可靠调度、节能优化调度、智能化和信息化的科学调度，提供有效途径的供水管网辅助调度决策的处理方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种提供供水管网辅助调度数据的处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)SCADA实时采集供水管网的运行状态数据；

2)SCADA判断采集的实时数据量是否达到设定值，若为否则执行步骤3)，

若为是则执行步骤4)；

3)压力数据记录仪对供水管网压力进行补充测量，补充测量后执行步骤4)；

4)根据实时采集供水管网的供水量数据，采用供水管网水量预测模型处理器，进行水量预测计算，得到下一阶段的总供水量，并分配各个水厂的供水量；

5)根据当前供水管网和各水厂的供水条件，判断预测水量是否满足需求，若为否则执行步骤6)，若为是则执行步骤7)；

6)预测修正，并返回步骤4)；

7)根据步骤4)得到的预测水量，通过供水管网水力模型进行模拟仿真，得到下一阶段的供水管网的供水状况；

8)根据步骤4)得到的预测水量和步骤7)得到的供水管网水力模拟结果，确定水厂出厂压力和供水量、泵站的进出站压力和水量，将泵站的进出站压力和水量作为边界条件，通过水厂泵站水力模型进行模拟，得到多种水泵运行的结果；

9)判断步骤7)、步骤8)中的模拟结果是否满足供水管网水力条件，若为否则执行步骤10)，若为是则执行步骤11)；

10)对供水管网水力模型、水厂泵站水力模型进行修正，修正后返回步骤7)；

11)经过供水管网水力模型和水厂泵站水力模型模拟计算后，得到供水设备运行的多种方案，根据各供水设备的可运行约束条件进行判断，排除不合理的方案；

12)判断约束条件是否满足实际情况，若为否则执行步骤13)，若为是则执行步骤14)；

13)修正约束条件，修正后返回步骤11)；

14)根据供水设备运行方案优化规则，对多种方案进行优化排位，优选出最佳调度方案；

15)判断优化规则是否满足实际情况，若为否则执行步骤16)，若为是则执行步骤17)；

16)修正优化规则，修正后返回步骤14)；

17)将合理的、优化的调度方案提供给用户；

18)判断是否继续，若为否则结束，若为是则执行步骤19)；

19)返回步骤1)。

一种提供供水管网辅助调度数据的处理装置，其特征在于，包括SCADA、供水管网水力模拟模型处理器、供水管网水量预测模型处理器、补充测量压力数据记录仪、辅助调度决策处理器，所述的辅助调度决策处理器分别与SCADA、供水管网水力模拟模型处理器、供水管网水量预测模型处理器、补充测量压力数据记录仪连接。

所述的SCADA包括可编程控制器PLC、数据采集终端RTU、主端服务器、数据库服务器；所述的数据采集终端RTU通过无线通讯与主端服务器连接；所述的主端服务器通过局域网与数据库服务器连接。

所述的补充测量压力数据记录仪包括微处理器、存储模块、系统时钟模块、液晶显示模块、数据采集接口模块、串行通信接口模块、电源控制模块、压力传感器；所述的微处理器分别与存储模块、系统时钟模块、液晶显示模块、数据采集接口模块、串行通信接口模块、电源控制模块连接；所述的压力传感器与数据采集接口模块连接。

所述的微处理器采用MSP430 FE427超低功耗芯片的微处理器。

所述的存储器模块包括数据存储器和程序存储器；所述的存储器由I2C存储器组成。

所述的数据采集接口模块采用数字式数据接口。

所述的压力传感器为低功率的数字式压力传感器。

所述的压力数据记录仪外部设有密封防水外壳，该外壳上设有与计算机通讯接口连接的数据传送接口，其正面设有液晶显示屏。

所述的压力传感器的感应端伸出外壳。

与现有技术相比，本发明具有良好的实用性，为城市供水管网的安全可靠调度、节能优化调度、智能化和信息化的科学调度，提供了有效的途径。

附图说明

图1为提供供水管网辅助调度数据的处理方法流程图；

图2为提供供水管网辅助调度数据的处理装置结构示意图；

图3为压力数据记录仪硬件模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，本发明的方法流程步骤如下：

步骤1)：SCADA实时采集

供水管网实时采集和监视系统(SCADA)对供水管网的运行状态数据的采集(包括水力参数、水质参数、耗能、设备状态等)，实时数据反映当前时刻供水管网的运行情况。

步骤2)：判断实时数据是否满足要求

对供水管网实时采集和监视系统(SCADA)所采集的数据作分析判读，如果数据不足，则进入步骤3)补充测量数据。

步骤3)：补充测量

采用补充测量设备，补充测量供水管网实时采集和监视系统(SCADA)固定采集的不足，完善系统的数据信息。

步骤4)：水量预测

运用供水管网水量预测模型处理器，依据供水管网实时采集的供水量数据，进行水量预测计算，得到下一阶段的总供水量，再经过优化处理，分配各个水厂的供水量。

步骤5)：预测水量是否满足

根据当前供水管网和各水厂的供水条件约束，判断预测水量是否可以满足，确定下一步骤。如果满足，则进入步骤7)管网水力模拟，否则进入步骤6)预测修正。

步骤6)：预测修正

根据当前供水管网和各水厂的供水条件约束，修正水量预测模型、或预测因素，即修正有关影响水量预测的因素：如气候因素、季节因素、节假日因素、人工经验等，然后，返回步骤4)水量预测再作预测。

步骤7)：管网水力模拟

根据预测水量(总供水量、各个水厂供水量)，应用供水管网模型进行模拟仿真计算，得到下一阶段的供水管网的供水状况。

步骤8)：水厂泵站水力模拟

根据水量预测和供水管网水力模拟结果，确定了水厂出厂压力和供水量、泵站的进出站压力和水量，水厂泵站的压力和水量作为边界条件，进行水厂泵站水力模拟，可以得到多种水泵运行的结果。

步骤9)：模拟结果是否满足

对供水管网、水厂泵站的水力模拟结果分析判断，是否满足供水管网水力条件，如供水服务压力、管道输水能力等，如果不满足，则进入步骤10)修正模型。

步骤10)：修正模型

对供水管网、水厂泵站的水力模型进行修正，使其适应当前的实际。模型修正后，转到步骤7)管网水力模拟。

步骤11)：合理性判断

经过供水管网和水厂泵站水力模型模拟计算后，产生供水设备运行的多种方案，根据各供水设备的可运行约束条件进行判断，可以排除不合理的方案。

步骤12)：约束条件是否满足

各供水设备的可运行约束条件是对供水设备运行的方案合理性判断的依据，对约束条件需要根据实际情况进行修正，如果需要修正，则进入步骤13)修正约束条件。

步骤13)：修正约束条件

对供水设备的可运行约束条件作修正，如：水泵故障或检修状态、阀门状态等，修正约束条件后，转到步骤11)合理性判断，对供水设备运行的多种方案重新判断。

步骤14)：方案优化

根据供水设备运行方案优化规则，对多种方案进行优化排位，优选出最佳调度方案，提供调度人员辅助决策。

步骤15)：优化规则是否满足

供水设备运行的优化规则是对供水设备运行方案优化的依据，对优化规则需要根据实际情况进行修正，如果需要修正，则进入步骤16)修正优化规则。

步骤16)：修正优化规则

对供水设备运行优化规则作修正，如：设备运行效率、能耗等，以及优化目标函数，修正后转到步骤14)方案优化，对供水设备运行方案重新优化。

步骤17)：调度决策

将合理的、优化的调度方案提供给调度人员。

步骤18)：判断是否继续

完成一个时刻的调度决策过程，确定是否进行下一时刻的调度决策。

步骤19)：下一时刻决策

进入下一时刻的调度决策流程。

如图2所示，一种提供供水管网辅助调度数据的处理装置，该装置由数据采集和监视控制系统(SCADA)3、供水管网水力模拟模型处理器4、供水管网水量预测模型处理器1、补充测量压力数据记录仪5、辅助调度决策处理器2组成；所述的辅助调度决策处理器2分别与数据采集和监视控制系统(SCADA)3、供水管网水力模拟模型处理器4、供水管网水量预测模型处理器1、补充测量压力数据记录仪5连接。

所述的数据采集和监视控制系统(SCADA)3包括可编程控制器PLC、数据采集终端RTU、主端服务器、数据库服务器；所述的数据采集终端RTU通过无线通讯与主端服务器连接；所述的主端服务器通过局域网与数据库服务器连接，采集数据存入数据库服务器，采集数据包括供水管网中水厂泵站的供水数据、管网监测点的各种数据。

如图3所示，所述的补充测量压力数据记录仪是硬件和软件相结合的机电一体化的设备，具有体积小、低功耗、数据存储容量大、液晶显示特点，工作稳定、使用方便，适合供水管网的区域性、全管网的同步测压、供水管网水力模型压力数据采集，其硬件模块由微处理器、存储模块、系统时钟模块、液晶显示模块、数据采集接口模块、串行通信接口模块、电源控制模块、压力传感器组成；所述的微处理器分别与存储模块、系统时钟模块、液晶显示模块、数据采集接口模块、串行通信接口模块、电源控制模块相连；所述的压力传感器与数据采集接口模块相连。所述的补充测量压力数据记录仪的嵌入硬件的软件程序功能包括：串行通讯、参数设置、数据采集、数据存储、供电控制。在软件程序的控制下，实现压力数据记录仪的各项功能。

所述的供水管网水量预测模型处理器1，是在实时采集和监视系统(SCADA)、补充测量压力数据记录仪采集的数据上，应用时间序列法、回归分析法、人工神经网络法等多种预测方法，通过大量数据的模拟仿真试验产生各自的权重比例结合在一起，建立的计算机水量预测数学模型。应用供水管网水量预测模型处理器对实际的城市供水管网进行供水量预测；

所述的供水管网水力模拟模型处理器4，是根据供水管网微观模型的理论，应用供水管网水力模拟软件对城市供水管网建立起来的计算机数学模型。应用供水管网的计算机数学模型可以进行模拟仿真计算现实管网的各种水力状态，分析管网的各种运行工况。

所述的供水管网辅助调度决策处理器2，是实现供水管网辅助调度决策方法的核心，本处理器监控整个系统的各部分，包括供水管网的实时采集和监视系统(SCADA)3、补充测量压力数据记录仪5、供水管网水量预测模型处理器1、供水管网水力模拟模型处理器4，按照实现供水管网辅助调度决策方法的流程，收集处理实时和测量的数据、调正系统的各种参数，调用水量预测和水力模拟模型进行模拟仿真计算，根据供水管网调度的约束和优化规则，分析计算结果的可行性和最佳排位，生成多种调度方案，供调度人员选择。

所述的微处理器采用MSP430FE427超低功耗芯片的微处理器；

所述的存储器模块包括数据存储器和程序存储器；所述的存储器由I2C存储器组成；

所述的液晶显示模块由6位段码数字和周边一系列标志位组成；

所述的串行通信接口通过一个TTL-RS232电气转换接头与PC机通讯接口相连；

所述的数据采集接口与微处理器相连接；所述的数据采集接口采用数字式数据接口；

所述的压力传感器与数据数字采集接口相连接；所述的压力传感器为低功率的数字式压力传感器；

所述的压力数据记录仪的外部设有密封防水外壳；所述的外壳上设有与计算机通讯接口相连接的数据传送接口，其正面设有液晶显示屏；所述的压力传感器的感应端伸出外壳。

Claims (10)

1.一种提供供水管网辅助调度数据的处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)SCADA实时采集供水管网的运行状态数据；

2)SCADA判断采集的实时数据量是否达到设定值，若为否则执行步骤3)，若为是则执行步骤4)；

3)补充测量压力数据记录仪对供水管网压力进行补充测量，补充测量后执行步骤4)；

4)根据实时采集供水管网的供水量数据，采用供水管网水量预测模型处理器，进行水量预测计算，得到下一阶段的总供水量，并分配各个水厂的供水量；

5)根据当前供水管网和各水厂的供水条件，判断预测水量是否满足需求，若为否则执行步骤6)，若为是则执行步骤7)；

6)预测修正，并返回步骤4)；

7)根据步骤4)得到的预测水量，通过供水管网水力模型进行模拟仿真，得到下一阶段的供水管网的供水状况；

8)根据步骤4)得到的预测水量和步骤7)得到的供水管网水力模拟结果，确定水厂出厂压力和供水量、泵站的进出站压力和水量，将泵站的进出站压力和水量作为边界条件，通过水厂泵站水力模型进行模拟，得到多种水泵运行的结果；

9)判断步骤7)、步骤8)中的模拟结果是否满足供水管网水力条件，若为否则执行步骤10)，若为是则执行步骤11)；

10)对供水管网水力模型、水厂泵站水力模型进行修正，修正后返回步骤7)；

11)经过供水管网水力模型和水厂泵站水力模型模拟计算后，得到供水设备运行的多种方案，根据各供水设备的可运行约束条件进行判断，排除不合理的方案；

12)判断约束条件是否满足实际情况，若为否则执行步骤13)，若为是则执行步骤14)；

13)修正约束条件，修正后返回步骤11)；

14)根据供水设备运行方案优化规则，对多种方案进行优化排位，优选出最佳调度方案；

15)判断优化规则是否满足实际情况，若为否则执行步骤16)，若为是则执行步骤17)；

16)修正优化规则，修正后返回步骤14)；

17)将合理的、优化的调度方案提供给用户；

18)判断是否继续，若为否则结束，若为是则执行步骤19)；

19)返回步骤1)。

2.一种提供供水管网辅助调度数据的处理装置，其特征在于，包括SCADA、供水管网水力模拟模型处理器、供水管网水量预测模型处理器、补充测量压力数据记录仪、辅助调度决策处理器，所述的辅助调度决策处理器分别与SCADA、供水管网水力模拟模型处理器、供水管网水量预测模型处理器、补充测量压力数据记录仪连接。

3.根据权利要求2所述的一种提供供水管网辅助调度数据的处理装置，其特征在于，所述的SCADA包括可编程控制器PLC、数据采集终端RTU、主端服务器、数据库服务器；所述的数据采集终端RTU通过无线通讯与主端服务器连接；所述的主端服务器通过局域网与数据库服务器连接。

4.根据权利要求2所述的一种提供供水管网辅助调度数据的处理装置，其特征在于，所述的补充测量压力数据记录仪包括微处理器、存储模块、系统时钟模块、液晶显示模块、数据采集接口模块、串行通信接口模块、电源控制模块、压力传感器；所述的微处理器分别与存储模块、系统时钟模块、液晶显示模块、数据采集接口模块、串行通信接口模块、电源控制模块连接；所述的压力传感器与数据采集接口模块连接。

5.根据权利要求4所述的一种提供供水管网辅助调度数据的处理装置，其特征在于，所述的微处理器采用MSP430FE427超低功耗芯片的微处理器。

6.根据权利要求4所述的一种提供供水管网辅助调度数据的处理装置，其特征在于，所述的存储器模块包括数据存储器和程序存储器；所述的存储器由I2C存储器组成。

7.根据权利要求4所述的一种提供供水管网辅助调度数据的处理装置，其特征在于，所述的数据采集接口模块采用数字式数据接口。

8.根据权利要求4所述的一种提供供水管网辅助调度数据的处理装置，其特征在于，所述的压力传感器为低功率的数字式压力传感器。

9.根据权利要求4所述的一种提供供水管网辅助调度数据的处理装置，其特征在于，所述的压力数据记录仪外部设有密封防水外壳，该外壳上设有与计算机通讯接口连接的数据传送接口，其正面设有液晶显示屏。

10.根据权利要求4所述的一种提供供水管网辅助调度数据的处理装置，其特征在于，所述的压力传感器的感应端伸出外壳。

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