CN108427459A - 多水源环状供水管网的活塞式调流阀自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多水源环状供水管网的活塞式调流阀自动控制方法，控制方法是基于城市供水量实现的；包括如下步骤：步骤一：收集数据，数据包括：活塞式调流阀开度L、流量q及压差△，水厂出流量q和清水池液位h，管网压力控制点压力P的数据；同一天同一时刻所有水厂出流量q进行累加得到相应时间的城市供水量Q；步骤二：根据数据找到相关关系；步骤三：根据各参数相关关系，设置调流阀自动控制参数。本发明通过城市供水量与活塞式调流阀流量变化关系匹配来实现活塞式调流阀自动跟随调节，达到管网安全、平稳运行与满足水量、压力需求的目的。

Description

多水源环状供水管网的活塞式调流阀自动控制方法

技术领域

本发明涉及一种多水源环状供水管网的活塞式调流阀自动控制方法。

背景技术

随着城市化进城的不断发展，自来水公司供水区域普遍扩大，供水量增长较快及供水节点增多，完全通过调度中心发调度指令调节调流站阀门，调流站人工执行指令操作的供水调节方式逐渐跟不上城市用水量变化幅度增大的趋势。尤其在早晚高峰供水时段，为满足水量和压力需求，调度指令间隔时间不断缩短，指令下达及执行的不及时导致的管网压力超上下限的风险更大，现有模式导致管网安全平稳运行与满足水量、压力需求的矛盾逐渐凸显。因此，如何找到一种及时、有效且跟随性强的活塞式调流阀自动控制方法对供水系统安全、连续、可靠运行有着重要的意义和作用。

为保障供水安全，供水管网普遍采取多水源环状供水结构，其中还可能含有趸售用户和加压站，因此确定调流阀自动控制方法难度较大。

目前供水管网中活塞式调流阀自动控制方法有且仅一种，即根据调流阀出口压力自动实施阀门启闭操作。该方法控制参数单一，调节简单，仅适用于水源单一的供水系统，不适用于多水源环状供水系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过城市供水量与活塞式调流阀流量变化关系匹配来实现活塞式调流阀自动跟随调节，达到管网安全、平稳运行与满足水量、压力需求的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：多水源环状供水管网的活塞式调流阀自动控制方法，控制方法是基于城市供水量实现的；包括如下步骤：

步骤一：收集数据：

数据包括：活塞式调流阀开度L、流量q及压差△，水厂出流量q、活塞式调流阀对应水厂的清水池液位h，管网压力控制点压力P的数据；

同一天同一时刻所有水厂出流量q进行累加得到相应时刻的城市供水量Q；即：

城市供水量水厂出流量q；

步骤二：根据数据找到相关关系；

步骤三：根据各参数相关关系，设置调流阀自动控制参数。

作为优选方式，在自来水公司SCADA系统实时数据库中收集历史数据。

作为优选方式，若供水管网中有加压站，在城市供水量Q中应对应加上相应时刻加压站的净出流量(净出流量＝出流量-进水量)。

作为优选方式，取样方式：随机抽样30天，每天形成一张表格，同时每天的数据采集周期为5分钟。

作为优选方式，供水量累计变化量△Q_t’为t时刻城市供水量Q_t与t-1时城市供水量Q_t-1，之差，即：

城市供水量累计变化量△Q_t’＝城市供水量Q_t-城市供水量Q_t-1

根据数据找到相关关系，包括：

关系1：将城市供水量Q及该时刻城市供水量累计变化量△Q’与对应时刻的调流阀开度L进行对比，得出其相互关系；

关系2：将调流阀开度L与其对应水厂清水池液位h进行对比(见图2)，得出两者之间关系；

关系3：将调流阀开度L与管网压力控制点压力p进行对比(见图2)，得出两者之间关系；

关系4：根据临近早高峰结束前1.5小时的城市供水量累计变化量△Q_8:30’的日均值与早高峰开始的半小时内城市供水量累计变化量△Q_6:00’的日均值，可计算得出调流阀开度L调整至最大值的调节次数n。

作为优选方式，

在关系1中：

1.1当城市供水量Q在一定范围内，调流阀开度L与城市供水量Q及城市供水量累计变化量△Q’呈同向变化；即：

当城市供水量Q每增加q_am³/h时，调流阀就开启1次，一次开n_a-n_b度；

当城市供水量Q每减少q_bm³/h时，调流阀就关闭1次，一次关n_b-n_c度；

1.2当城市供水量Q超过或低于一定值时，调流阀开度L始终保持稳定水平，即：

当城市供水量Q大于一定值Q_am³/h，不论城市供水量Q如何持续增长，调流阀开度L始终维持在L_a-L_b高开度水平，以充分发挥输水管线输送能力；

当城市供水量Q小于一定值Q_bm³/h，不论城市供水量Q如何持续下降，调流阀开度L始终维持在L_c-L_d低开度水平，以保证输水管线最低输送能力；

1.3调流阀开度L的调节除了与其对应水厂清水池液位h及管网压力控制点压力p有关外，仅与城市供水量累计变化量△Q’相关，不受其他因素影响；

1.4调流阀开度L每变化n_b度，城市供水量Q的最大变化量为q’m³/h；

1.5每日早高峰用水期间(一般为5:30-10:00)，在临近高峰结束前1.5小时(即8:30)的城市供水量累计变化量△Q’几乎为该时段的最大值，即△Q’_maxm³/h；

1.6运行期间，调流阀流量q最大值为q_maxm³/h，最小值为q_minm³/h；

在关系2中：

一般情况下，调流阀开度L与其对应的水厂清水池液位h正相关，特殊情况如城市供水量累计变化量△Q’偏小，或管网压力控制点压力p超限值除外；

当调流阀对应水厂清水池液位>液位控制高限以下0.1米时，调流阀开度不变；

当调流阀对应水厂清水池液位<液位控制低限以上0.1米时，调流阀开度不变；

在关系3中：

调流阀开度L每变化n_b度，管网压力控制点压力p的最大变化量为0.01Mpa,此压力变化量对管网冲击较小；

当管网压力控制点压力p<压力控制低限以上0.005Mpa时，调流阀未进行关阀操作；

当管网压力控制点压力p>压力控制高限以下0.005Mpa时，调流阀未进行开阀操作；

在关系4中：

根据临近早高峰结束前1.5小时(一般为8:30)的城市供水量累计变化量△Q_8:30’的日均值m³/h与城市供水量累计变化量△Q_6:00’的日均值即m³/h，可计算得出调流阀开度调整至最大值的调节次数n，即：

调流阀开度调节次数

作为优选方式，

根据调流阀开度调节次数n，并考虑未来城市供水量Q增长趋势，得出调流阀开度L跟随城市供水量Q的联动关系；

根据夜间用水低峰时段(一般为0:00-5:00)城市供水量Q的平均值以及早高峰用水时段(一般为5:30-10:00)调流阀开度L首次达最大值L_b度时城市供水量Q为Q_am³/h，结合未来城市供水量Q增长趋势，得出调流阀开度L与城市供水量Q的上下限的关系；

根据调流阀开度L与调流阀流量q,得出调流阀开度L与其流量q的变化关系；

根据调流阀开度L与管网压力控制点压力p,得出调流阀开度L与管网压力控制点压力p的关系；

根据调流阀开度L与其对应水厂清水池液位h,得出调流阀开度L与其对应水厂清水池液位h的关系。

作为优选方式，

1、根据调流阀调节次数n，并考虑未来城市供水量Q增长趋势，得出调流阀开度L跟随城市供水量Q的联动关系：

当城市供水量Q每增加(或减少)q_cm³/h，调流阀开度L就开大(或减小)X度；

2、根据夜间用水低峰时段(一般为0:00-5:00)城市供水量Q的平均值以及早高峰用水时段(一般为5:30-10:00)调流阀开度L首次达最大值L_b时城市供水量Q为Q_am³/h，结合未来城市供水量Q增长趋势，得出调流阀开度L与城市供水量Q的上下限的关系：

2.1当城市供水量Q<1.1倍时，调流阀开度L不减少；

2.2当城市供水量Q>1.1倍Q_a时，调流阀开度L不增加；

3、根据图2中调流阀开度L与调流阀流量q,得出调流阀开度与其流量的变化关系，即：

3.1当调流阀流量q<1.1倍q_min时，调流阀开度L不减少；

3.2当调流阀流量q>0.9倍q_max时，调流阀开度L不增加；

3.3调流阀开度L＝[L_C，L_b]；

3.4调流阀流量q＝[1.1倍q_min，0.9倍q_max]；

4、根据图2中调流阀开度L与管网压力控制点压力p,得出调流阀开度L与管网压力控制点压力p的关系，即：

4.1当管网压力控制点压力p<压力控制低限以上0.005Mpa时，调流阀开度L不减少；

4.2当管网压力控制点压力p>压力控制高限以下0.005Mpa时，调流阀开度L不增加；

5、根据图2中调流阀开度L与其对应水厂清水池液位h,得出调流阀开度L与其对应水厂清水池液位h的关系，即：

5.1当调流阀对应水厂清水池液位h>液位控制高限以下0.1米时，调流阀开度L不减少；

5.2当调流阀对应水厂清水池液位h<液位控制低限以上0.1米时，调流阀开度L不增加。

作为优选方式，

当城市供水量Q每增加(或减少)q_cm³/h；

如果调流阀开度L在50度以下时，调流阀开度L就开大(或减小)n_a度(取小值)；

如果调流阀开度L在50度以上时，调流阀开度L就开大(或减小)n_b度(取大值)。

本发明的有益效果是：本发明通过城市供水量与活塞式调流阀流量变化关系匹配来实现活塞式调流阀自动跟随调节，达到管网安全、平稳运行与满足水量、压力需求的目的，而且实现了节能降耗和提高劳动效率的目标。

附图说明

图1为活塞式调流阀自动控制流程示意图；

图2为调流阀与水厂历史数据示意表；

图3为调流阀开度与城市供水量之间关系示意表。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，现有技术主要以调流阀出口压力为自动控制参数，仅适用于水源单一的供水系统，而对于多水源环状供水系统则不适用。因为，多水源环状供水管网控制点压力与所有水源点的调节均有联动关系，且相互制约，控制点压力变化并非单一来源。

在自来水公司SCADA系统数据库中导出活塞式调流阀开度L、流量q及压差△，水厂出流量q、调流阀对应水厂的清水池液位h，管网压力控制点压力P的数据，同时将同一天同一时刻所有水厂出流量q进行累加得到相应时刻的城市供水量Q。即：

城市供水量水厂出流量q

若供水管网中有加压站，在城市供水量Q中应对应加上相应时刻加压站的净出流量(净出流量＝出流量-进水量)，但不影响本发明的实质性内容。

取样方式：随机抽样30天，每天形成一张表格，同时每天的数据采集周期为5分钟即可，见图2。

分析收集到的历史数据，找出相关关系

计算不同日期同一供水时段内城市供水量的累计变化量△Q’，见图3。本例取5:30-10:00，并以半小时为1个间隔，如5:30,6:00，6:30，···，10:00进行数据分析，城市供水量累计变化量△Q’按当日5:30(此时城市用水需求普遍开始增长)起算。

某时刻城市供水量累计变化量△Q_t’为某时刻城市供水量Q_t与5:30时城市供水量Q_5:30之差，即：

城市供水量累计变化量△Q_t’＝城市供水量Q_t-城市供水量Q_5:30

1、将城市供水量Q及该时刻城市供水量累计变化量△Q’与对应时刻的调流阀开度L进行对比，得出其相互关系，具体如下：

1.1当城市供水量Q在一定范围内，调流阀开度L与城市供水量Q及城市供水量累计变化量△Q’呈同向变化。即：

当城市供水量Q每增加0.85m³/h时，调流阀就开启1次，一次开3-5度；

当城市供水量Q每减少1.2万m³/h时，调流阀就关闭1次，一次关5-10度。

1.2此外，当城市供水量Q超过或低于一定值时，调流阀开度L始终保持稳定水平，即：

当城市供水量Q>12.5万m³/h，不论城市供水量Q如何持续增长，调流阀开度L始终维持在85至90度水平；

当城市供水量Q<5.0万m³/h，不论城市供水量Q如何持续下降，调流阀开度L始终维持在30至35度水平。

1.3调流阀开度L的调节与城市供水量累计变化量△Q’相关。

1.4调流阀开度L每变化5度，城市供水量Q的最大变化量为1300m³/h。

1.5每日5:30-10:00期间，8:30的城市供水量累计变化量△Q_8:30’几乎为该时段的最大值，即6.6万m³/h。

1.6运行期间，调流阀流量q最大值为1.2万m³/h，最小值为0.77万m³/h。

2、将调流阀开度L与其对应水厂清水池液位h进行对比(见图2)，得出两者之间关系如下：

一般情况下，调流阀开度L与其对应的水厂清水池液位h正相关，特殊情况如城市供水量累计变化量△Q’偏小，或管网压力控制点压力p超限值除外；

当调流阀对应水厂清水池液位>3.9m(即液位控制高限以下0.1米)时，调流阀开度不变；

当调流阀对应水厂清水池液位<3.3m((即液位控制低限以上0.1米)时，调流阀开度不变。

3、将调流阀开度L与管网压力控制点压力p进行对比(见图1)，得出两者之间关系如下：

调流阀开度L每变化5度，管网压力控制点压力p的最大变化量为0.01Mpa,此压力变化量对管网冲击较小。

当管网压力控制点压力p<0.285Mpa(即压力控制低限以上0.005Mpa)时，调流阀未进行关阀操作；

当管网压力控制点压力p>0.300Mpa(即压力控制高限以下0.005Mpa)时，调流阀未进行开阀操作。

4、根据图3中城市供水量累计变化量△Q_8:30’的日均值6.6万m³/h与城市供水量累计变化量△Q_6:00’的日均值即0.85万m³/h，可计算得出调流阀开度调整至最大值的调节次数n，即：

调流阀开度调节次数

根据各参数相关关系，设置调流阀自动控制参数

1、根据调流阀开度调整至最大值的调节次数n，并考虑未来城市供水量Q增长趋势，得出调流阀开度L跟随城市供水量Q的联动关系，即：

当城市供水量Q每增加(或减少)0.8万m³/h，调流阀开度L就开大(或减小)3度(调流阀开度L在50度以下时)，或5度(调流阀开度L在50度以上时)。

2、根据图2中夜间0:00-5:00城市供水量Q的平均值5万m³/h，以及图3中5:30-10:00调流阀开度L首次达最大值90度时城市供水量Q为12.5万m³/h，结合未来城市供水量Q增长趋势，得出调流阀开度L与城市供水量Q的上下限的关系：

2.1当城市供水量Q<5.5万m³/h时，调流阀开度L不减少；

2.2当城市供水量Q>13.75万m³/h，调流阀开度L不增加。

3、根据图2中调流阀开度L与调流阀流量q,得出调流阀开度与其流量的变化关系，即：

3.1当调流阀流量q<0.85万m³/h时，调流阀开度L不减少；

3.2当调流阀流量q>1.08万m³/h时，调流阀开度L不增加；

3.3调流阀开度L＝【30，90】度；

3.4调流阀流量q＝【0.85，1.08】万m³/h。

4、根据图2中调流阀开度L与管网压力控制点压力p,得出调流阀开度L与管网压力控制点压力p的关系，即：

4.1当管网压力控制点压力p<0.285Mpa时，调流阀开度L不减少；

4.2当管网压力控制点压力p>0.300Mpa时，调流阀开度L不增加。

5、根据图2中调流阀开度L与其对应水厂清水池液位h,得出调流阀开度L与其对应水厂清水池液位h的关系，即：

5.1当调流阀对应水厂清水池液位h>3.9m时，调流阀开度L不减少；

5.2当调流阀对应水厂清水池液位h<3.4m时，调流阀开度L不增加。

本发明设计了一种基于城市供水量的多水源环状供水管网的活塞式调流阀自动控制方法，减少了传统调度的中间环节和工作量，能够实现对现有供水结构的调流阀实时、精准、有效调节，提高压力跟随性，从而降低对管网的冲击。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。同时，在新阀门投运时，应根据该阀门的流量特性曲线进行开度、流量等参数设定，依旧是本发明的保护范围。

Claims (9)

1.多水源环状供水管网的活塞式调流阀自动控制方法，其特征在于：控制方法是基于城市供水量实现的；包括如下步骤：

步骤一：收集数据：

数据包括：活塞式调流阀开度L、流量q及压差△，水厂出流量q、活塞阀对应水厂的清水池液位h，管网压力控制点压力P的数据；

同一天同一时刻所有水厂出流量q进行累加得到相应时刻的城市供水量Q；即：

步骤二：根据数据找到相关关系；

步骤三：根据各参数相关关系，设置调流阀自动控制参数。

2.根据权利要求1所述的多水源环状供水管网的活塞式调流阀自动控制方法，其特征在于：在自来水公司SCADA系统实时数据库中收集历史数据。

3.根据权利要求1所述的多水源环状供水管网的活塞式调流阀自动控制方法，其特征在于：若供水管网中有加压站，在城市供水量Q中应对应加上相应时刻加压站的净出流量。

4.根据权利要求1所述的多水源环状供水管网的活塞式调流阀自动控制方法，其特征在于：取样方式：随机抽样30天，每天形成一张表格，同时每天的数据采集周期为5分钟即可。

5.根据权利要求1所述的多水源环状供水管网的活塞式调流阀自动控制方法，其特征在于，供水量累计变化量△Q_t’为t时刻城市供水量Q_t与t-1时城市供水量Q_t-1，之差，即：

城市供水量累计变化量△Q_t’＝城市供水量Q_t-城市供水量Q_t-1

根据数据找到相关关系，包括：

关系1：将城市供水量Q及该时刻城市供水量累计变化量△Q’与对应时刻的调流阀开度L进行对比，得出其相互关系；

关系2：将调流阀开度L与其对应水厂清水池液位h进行对比(见图2)，得出两者之间关系；

关系3：将调流阀开度L与管网压力控制点压力p进行对比(见图2)，得出两者之间关系；

关系4：根据临近早高峰结束前1.5小时的城市供水量累计变化量△Q_8:30’的日均值与早高峰开始的半小时内城市供水量累计变化量△Q_6:00’的日均值可计算得出调流阀开度L调整至最大值的调节次数n。

6.根据权利要求5所述的多水源环状供水管网的活塞式调流阀自动控制方法，其特征在于：在关系1中：

1.1当城市供水量Q在一定范围内，调流阀开度L与城市供水量Q及城市供水量累计变化量△Q’呈同向变化；即：

当城市供水量Q每增加q_am³/h时，调流阀就开启1次，一次开n_a-n_b度；

当城市供水量Q每减少q_bm³/h时，调流阀就关闭1次，一次关n_b-n_c度；

1.2当城市供水量Q超过或低于一定值时，调流阀开度L始终保持稳定水平，即：

当城市供水量Q大于一定值Q_am³/h时，不论城市供水量Q如何持续增长，调流阀开度L始终维持在L_a-L_b高开度水平，以充分发挥输水管线输送能力；

当城市供水量Q小于一定值Q_bm³/h时，不论城市供水量Q如何持续下降，调流阀开度L始终维持在L_c-L_d低开度水平，以保证输水管线最低输送能力；

1.3调流阀开度L的调节除了与其对应的水厂清水池液位h及管网压力控制点压力p有关外，仅与城市供水量累计变化量△Q’相关，不受其他因素影响；

1.4调流阀开度每变化n_b度，城市供水量Q的最大变化量为q’m³/h；

1.5每日早高峰用水期间，在临近高峰结束前1.5小时的城市供水量累计变化量△Q’几乎为该时段的最大值，即△Q’_maxm³/h；

1.6运行期间，调流阀流量q最大值为q_maxm³/h，最小值为q_minm³/h；

在关系2中：

一般情况下，调流阀开度L与其对应的水厂清水池液位h正相关，特殊情况如城市供水量累计变化量△Q’偏小，或管网压力控制点压力p超限值除外；

当调流阀对应水厂清水池液位>液位控制高限以下0.1米时，调流阀开度不变；

当调流阀对应水厂清水池液位<液位控制低限以上0.1米时，调流阀开度不变；

在关系3中：

调流阀开度每变化n_b度，管网压力控制点压力p的最大变化量为0.01Mpa,此压力变化量对管网冲击较小；

当管网压力控制点压力p<压力控制低限以上0.005Mpa时，调流阀未进行关阀操作；

当管网压力控制点压力p>压力控制高限以下0.005Mpa时，调流阀未进行开阀操作；

在关系4中：

根据临近早高峰结束前1.5小时的城市供水量累计变化量△Q_8:30’的日均值与早高峰开始的半小时内城市供水量累计变化量△Q_6:00’的日均值可计算得出早高峰调流阀开度调整至最大值的调节次数n，即：

7.根据权利要求5或6所述的多水源环状供水管网的活塞式调流阀自动控制方法，其特征在于：

根据调流阀开度调节次数n，并考虑未来城市供水量Q增长趋势，得出调流阀开度L跟随城市供水量Q的联动关系；

根据夜间用水低峰时段城市供水量Q的平均值以及早高峰用水时段调流阀开度L首次达最大值L_b时城市供水量Q为Q_am³/h，结合未来城市供水量Q增长趋势，得出调流阀开度L与城市供水量Q的上下限的关系；

根据调流阀开度L与调流阀流量q,得出调流阀开度与其流量的变化关系；

根据调流阀开度L与管网压力控制点压力p,得出调流阀开度L与管网压力控制点压力p的关系；

根据调流阀开度L与其对应水厂清水池液位h,得出调流阀开度L与其对应水厂清水池液位h的关系。

8.根据权利要求7所述的多水源环状供水管网的活塞式调流阀自动控制方法，其特征在于：

1、根据调流阀开度调节次数n，并考虑未来城市供水量Q增长趋势，得出调流阀开度L跟随城市供水量Q的联动关系：

当城市供水量Q每增加(或减少)q_cm³/h，调流阀开度L就开大(或减小)X度；

2、根据夜间用水低峰时段城市供水量Q的平均值以及早高峰用水时段调流阀开度L首次达最大值L_b时城市供水量Q为Q_am³/h，结合未来城市供水量Q增长趋势，得出调流阀开度L与城市供水量Q的上下限的关系：

2.1当城市供水量Q<1.1倍时，调流阀开度L不减少；

2.2当城市供水量Q>1.1倍Q_a时，调流阀开度L不增加；

3、根据图2中调流阀开度L与调流阀流量q_min,得出调流阀开度L与其流量q的变化关系，即：

3.1当调流阀流量q<1.1倍q_min时，调流阀开度L不减少；

3.2当调流阀流量q>0.9倍q_max时，调流阀开度L不增加；

3.3调流阀开度L＝[L_C，L_b]度；

3.4调流阀流量q＝[1.1倍q_min，0.9倍q_max]；

4、根据图2中调流阀开度L与管网压力控制点压力p,得出调流阀开度L与管网压力控制点压力p的关系，即：

4.1当管网压力控制点压力p<压力控制低限以上0.005Mpa时，调流阀开度L不减少；

4.2当管网压力控制点压力p>压力控制高限以下0.005Mpa时，调流阀开度L不增加；

5、根据图2中调流阀开度L与其对应水厂清水池液位h,得出调流阀开度L与其对应水厂清水池液位h的关系，即：

5.1当调流阀对应水厂清水池液位h>液位控制高限以下0.1米时，调流阀开度L不减少；

5.2当调流阀对应水厂清水池液位h<液位控制低限以上0.1米时，调流阀开度L不增加。

9.根据权利要求8所述的多水源环状供水管网的活塞式调流阀自动控制方法，其特征在于：

当城市供水量Q每增加(或减少)q_cm³/h；

如果调流阀开度L在50度以下时，调流阀开度L就开大(或减小)n_a度(取小值)；

如果调流阀开度L在50度以上时，调流阀开度L就开大(或减小)n_b度(取大值)。