CN110485508A - 基于预测的海水顶托区江水源热泵取水调控方法及系统 - Google Patents

基于预测的海水顶托区江水源热泵取水调控方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于预测的海水顶托区江水源热泵取水调控方法及系统，提供一种江水源热泵取水控制系统，根据江水源热泵取水控制系统系统的历史运行数据，预测出江水源热泵取水运行的时间特性参数；获取该河流历史潮汐数据，再与联网获取的潮汐预报数据进行比对分析，预测出每日涨潮时海水倒灌到达江水源热泵取水处的具体时间；再将上述数据输入到系统中，利用统计回归分析方法或者机器学习方法进行智能训练，训练后系统计算出不同时间点对应的最优的动态取水调控方法，江水源热泵取水控制系统依据动态取水调控方法运行，经过大数据预测和系统实时监测双重控制，确保系统能够全年稳定的从海水顶托作用区的河流中抽取淡水，系统能够长期稳定可靠运行。

Description

基于预测的海水顶托区江水源热泵取水调控方法及系统
技术领域
本发明涉及水源热泵技术领域，尤其涉及基于预测的海水顶托区江水源热泵取水调控方法及系统。
背景技术
在水源热泵领域，地表水热泵系统以其成本较低且施工相对简便的特点得到了用户的大力推崇。但在沿海地区靠近河流入海口的实际项目实施过程中，由于受到进水工况的制约，水源热泵机组水源侧的取水点需要满足：1、取水点要位于水体中的恒温层，2、取水点在枯水期、涨水期也必须符合取水工况和温度等要求，枯水期水位最低时也要能够取到水，3、还要考虑因潮汐导致的海水对江水顶托作用引起的水质变化对取水管系以及热泵机组性能造成的影响。
在上述情况下，如果采用常规的不具备防海水腐蚀的江水源热泵中的取水装置，因为海水水位上升时海水从河流入海口灌入河道内，取水装置从取水点抽取的河水中可能会混合海水，致使海水进入江水源热泵机组中，容易造成江水源热泵机组中的取水管系以及热泵机组冷凝器腐蚀，对取水管系以及热泵机组的稳定性及安全性造成影响。
在江水源热泵运行一段时间后，会积累大量的数据，如果能够充分利用利用大数据智能处理方法对机组运行数据、海水顶托区江水潮汐水文数据和江水水位、温度数据等进行综合学习处理，将能够进一步优化江水源热泵取水系统的性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供基于预测的海水顶托区江水源热泵取水调控方法及系统，经过取水调控方法优化，江水源热泵取水系统不仅能够满足河流涨水期和枯水期相对水位落差大的取水要求，还能进一步满足在海水顶托作用下的河流中抽取淡水的取水要求，确保江水源热泵取水系统能够全年稳定的从海水顶托作用区的河流中抽取淡水，并且保证江水源热泵取水系统运行更加稳定，不易被海水腐蚀。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
基于预测的海水顶托区江水源热泵取水调控方法，其包括如下步骤：
S1、提供一种江水源热泵取水控制系统，在江水源热泵取水处的高度方向间距设置两个以上设有编号的取水口，每个取水口分别对应设有盐度传感器和水温传感器，每个取水口上设有取水口控制阀与取水管道相连，该江水源热泵取水控制系统再与各个取水口对应的盐度传感器、水温传感器、取水口控制阀和抽水水泵控制连接；
S2、根据江水源热泵取水控制系统系统的历史运行数据，预测出江水源热泵取水运行的时间特性参数，该时间特性参数包括取水时对应的取水口江水盐度、取水口水温和具体的取水口编号；
S3、获取取水河流历史潮汐数据，再与联网获取的气象局的潮汐预报数据进行比对分析，预测出每日涨潮时海水倒灌到达江水源热泵取水处的具体时间；
S4、将步骤S2及S3中的预测数据和实际取水时各个取水口分别对应的盐度传感器和水温传感器的历史实测数据输入到系统中，利用统计回归分析方法或者机器学习方法进行智能训练，训练后系统计算出不同时间点对应的最优的动态取水调控方法，再依据动态取水调控方法在所述江水源热泵取水控制系统中设置一个溶液盐度临界值A；
S5、所述江水源热泵取水控制系统将动态取水调控方法预测的取水口处对应的盐度传感器测量值与溶液盐度临界值A作比较，当盐度传感器测量值大于零小于溶液盐度临界值A时，再从中选择测量值为最低温度的水温传感器对应的取水口供水，即开启对应编号的取水口连接的取水口控制阀和抽水水泵为江水源热泵供水；
S6、当江水源热泵取水控制系统依据动态取水调控方法预测后再检测到盐度传感器中的某个或某些测量值大于溶液盐度临界值A时，此时进入海水顶托分层取水调控工况，关闭该盐度传感器对应的取水口连接的取水口控制阀，再检测比该取水口处于更高位置的、且测量值小于溶液盐度临界值A的盐度传感器对应的其他水温传感器的实时测量值，再从其中选择测量值为最低温度的水温传感器对应的取水口供水，即开启对应的取水口连接的取水口控制阀和抽水水泵为江水源热泵供水；
S7、当江水源热泵取水控制系统依据动态取水调控方法预测后再检测到所有的盐度传感器的测量值都大于溶液盐度临界值A时，关闭所有的取水口连接的取水口控制阀和抽水水泵，停止取水。
进一步的，当江水源热泵取水控制系统依据动态取水调控方法预测后再检测到某个或某些盐度传感器测量值为零时，此时进入枯水期取水工况，关闭该盐度传感器对应的取水口连接的取水口控制阀，再检测比该取水口处于更低位置的、且测量值小于溶液盐度临界值A的盐度传感器对应的其他水温传感器的实时测量值，从其中选择测量值为最低温度的水温传感器且测量值不为零的盐度传感器对应的取水口供水。
进一步的，系统运行一段时间后，所述江水源热泵取水控制系统运行反冲洗程序，通过反冲洗取水管抽水对取水管道进行冲洗。
基于上述预测的海水顶托区江水源热泵取水调控方法的取水系统，每个所述取水口上的取水口控制阀通过取水管道、总控制阀与与所述抽水水泵相连，所述抽水水泵再通过旋流除砂器和输水管路连接至江水源热泵机组。
进一步的，在取水系统中，所述取水口的数量大于等于四个，相邻的取水口之间的垂直间距为0.3-1m。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明基于预测的海水顶托区江水源热泵取水调控方法，通过利用大数据智能处理方法对机组运行数据、海水顶托区江水潮汐水文数据和江水水位、温度数据等进行综合学习处理，经过智能系统预测优化，确保江水源热泵取水系统能够全年稳定的从海水顶托作用区的河流中抽取淡水，并且保证江水源热泵取水系统运行更加稳定，不易被海水腐蚀。
2、本发明取水调控方法通过设置多个不同高度的取水口，每个取水口能够根据大数据预测和检测情况单独控制，不仅能够在河流相对水位落差大时准确可靠取水，还能够在海水顶托作用区的河流中准确抽取淡水，确保江水源热泵能够稳定运行，不易被海水腐蚀。
3、本发明创造性的在海水顶托作用区的河流中设置水温传感器和盐度传感器，能够准确预测和检测判断出河流涨水期、枯水期和海水顶托期，基于大数据预测和实时监测双重控制，能够准确控制各取水口控制阀的开启与关闭，能够从不同高度的取水口抽取最合适的淡水供水源热泵使用。
总之，本发明取水调控方法及取水系统不仅适合河流涨水期和枯水期取水使用，还适合在海水顶托作用下的河流中抽取淡水使用，经过大数据预测和实时监测双重控制，确保江水源热泵取水系统能够全年稳定的从海水顶托作用区的河流中抽取淡水，能够确保江水源热泵长期稳定可靠运行。
附图说明
图1为本发明基于预测的海水顶托区江水源热泵取水调控方法的流程示意图；
图2为本发明基于预测的海水顶托区江水源热泵取水调控方法的取水系统的结构示意图。
附图标记说明：
1、取水口；2、盐度传感器；3、水温传感器；4、取水口控制阀；5、取水管道；6、抽水水泵；7、总控制阀；8、旋流除砂器；9、输水管路；10、反冲洗取水管。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
参见图1所示，基于预测的海水顶托区江水源热泵取水调控方法，其包括如下步骤：
S1、提供一种江水源热泵取水控制系统，在江水源热泵取水处的高度方向间距设置两个以上设有编号的取水口1，每个取水口1分别对应设有盐度传感器2和水温传感器3，每个取水口1上设有取水口控制阀4与取水管道5相连，该江水源热泵取水控制系统再与各个取水口1对应的盐度传感器2、水温传感器3、取水口控制阀4和抽水水泵6控制连接；实际安装时，需保证设置在最低位置的取水口1在河流历史最低水位期间也浸没在水体中，避免枯水期出现无水可取的状况；
S2、根据江水源热泵取水控制系统系统的历史运行数据，预测出江水源热泵取水运行的时间特性参数，该时间特性参数包括取水时对应的取水口江水盐度、取水口水温和具体的取水口编号；
S3、获取取水河流历史潮汐数据，再与联网获取的气象局的潮汐预报数据进行比对分析，预测出每日涨潮时海水倒灌到达江水源热泵取水处的具体时间，实际运行时预测时间能够精确到以1-5分钟为间隔单位；
S4、将步骤S2及S3中的预测数据和实际取水时各个取水口1分别对应的盐度传感器2和水温传感器3的历史实测数据输入到系统中，利用统计回归分析方法或者机器学习方法进行智能训练，训练后系统计算出不同时间点对应的最优的动态取水调控方法，再依据动态取水调控方法在所述江水源热泵取水控制系统中设置一个溶液盐度临界值A；动态取水调控方法能够根据河流水文条件选取溶液盐度临界值A，溶液盐度临界值A避免设置过大或过小，既要保证能够稳定抽取含盐量低的淡水，又要避免抽取到含盐量过高的水，如可以设置溶液盐度临界值A为3.5‰；因为江水源热泵取水系统中的江水源热泵能够长期适应低盐含量的淡水使用，但含盐量高的海水会较快腐蚀江水源热泵；
智能训练选用MATLAB软件或现有的神经网路模拟训练软件，能够利用获取的数据进行分析，然后预测出现需要的运行参数；
S5、所述江水源热泵取水控制系统将动态取水调控方法预测的取水口1处对应的盐度传感器2测量值与溶液盐度临界值A作比较，当盐度传感器2测量值大于零小于溶液盐度临界值A时，再从中选择测量值为最低温度的水温传感器3对应的取水口供水，即开启对应编号的取水口1连接的取水口控制阀4和抽水水泵6为江水源热泵供水；
S6、当江水源热泵取水控制系统依据动态取水调控方法预测后再检测到盐度传感器2中的某个或某些测量值大于溶液盐度临界值A时，此时进入海水顶托分层取水调控工况，因为潮汐造成的海水顶托作用，海水水位慢慢上升从河流入海口倒灌入河道内，由于海水含盐量高、密度比江水大，而且由于取水点通常设置在水流比较平缓处，取水点处的江水和顶托的海水通常分层比较明显，在河流的海水顶托作用区域内海水在下层、江水在上层，为了避免从取水口抽取到含盐量过高的海水，因此需要关闭该盐度传感器2对应的取水口1连接的取水口控制阀4，再检测比该取水口1处于更高位置的、且测量值小于溶液盐度临界值A的盐度传感器2对应的其他水温传感器3的实时测量值，再从其中选择测量值为最低温度的水温传感器3对应的取水口1供水，即开启对应的取水口1连接的取水口控制阀4和抽水水泵6为江水源热泵供水；根据需要，还可以在河流岸边设置一个缓冲的淡水蓄水池，避免海水倒灌时水源热泵没有合适的淡水使用；
S7、当江水源热泵取水控制系统依据动态取水调控方法预测后再检测到所有的盐度传感器2的测量值都大于溶液盐度临界值A时，关闭所有的取水口1连接的取水口控制阀4和抽水水泵6，停止取水。
江水源热泵取水控制系统中存储有相应的智能控制程序，智能控制程序能够控制取水系统自动运行，江水源热泵取水控制系统中硬件电路和智能控制程序为本领域技术人员知晓的通用技术。
当江水源热泵取水控制系统依据动态取水调控方法预测后再检测到某个或某些盐度传感器2测量值为零时，此时进入枯水期取水工况，因为盐度传感器2测量值为零时代表该盐度传感器2对应的取水口1已露出水面，没有浸没在河流中，不能从该取水口1中取水，因此需要关闭该盐度传感器2对应的取水口1连接的取水口控制阀4，再检测比该取水口1处于更低位置的、且测量值小于溶液盐度临界值A的盐度传感器2对应的其他水温传感器3的实时测量值，从其中选择测量值为最低温度的水温传感器3且测量值不为零的盐度传感器2对应的取水口1供水。
由于是在自然环境的河流中取水，取水过程中难免会将河流中的泥沙带入，因此当系统运行一段时间后，所述江水源热泵取水控制系统运行反冲洗程序，通过反冲洗取水管10抽水对取水管道5进行冲洗。反冲洗间隔时间由动态取水调控方法根据河流中泥沙杂质等历史数据进行预测和调整。
参见图2所示，基于上述预测的海水顶托区江水源热泵取水调控方法的取水系统，其每个所述取水口1上的取水口控制阀4通过取水管道5、总控制阀7与所述抽水水泵6相连，所述抽水水泵6再通过旋流除砂器8和输水管路9连接至江水源热泵机组。
实际施工时，所述取水口1的数量根据河流水文条件选取，所述取水口1的数量通常大于等于四个，便于根据河流状况选择最佳的取水口1。相邻的取水口1之间的垂直间距根据不同的河流水文条件进行设置，优先选取的垂直间距为0.3-1m。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.基于预测的海水顶托区江水源热泵取水调控方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、提供一种江水源热泵取水控制系统，在江水源热泵取水处的高度方向间距设置两个以上设有编号的取水口（1），每个取水口（1）分别对应设有盐度传感器（2）和水温传感器（3），每个取水口（1）上设有取水口控制阀（4）与取水管道（5）相连，该江水源热泵取水控制系统再与各个取水口（1）对应的盐度传感器（2）、水温传感器（3）、取水口控制阀（4）和抽水水泵（6）控制连接；
S2、根据江水源热泵取水控制系统系统的历史运行数据，预测出江水源热泵取水运行的时间特性参数，该时间特性参数包括取水时对应的取水口江水盐度、取水口水温和具体的取水口编号；
S3、获取取水河流历史潮汐数据，再与联网获取的气象局的潮汐预报数据进行比对分析，预测出每日涨潮时海水倒灌到达江水源热泵取水处的具体时间；
S4、将步骤S2及S3中的预测数据和实际取水时各个取水口（1）分别对应的盐度传感器（2）和水温传感器（3）的历史实测数据输入到系统中，利用统计回归分析方法或者机器学习方法进行智能训练，训练后系统计算出不同时间点对应的最优的动态取水调控方法，再依据动态取水调控方法在所述江水源热泵取水控制系统中设置一个溶液盐度临界值A；
S5、所述江水源热泵取水控制系统将动态取水调控方法预测的取水口（1）处对应的盐度传感器（2）测量值与溶液盐度临界值A作比较，当盐度传感器（2）测量值大于零小于溶液盐度临界值A时，再从中选择测量值为最低温度的水温传感器（3）对应的取水口（1）供水，即开启对应编号的取水口（1）连接的取水口控制阀（4）和抽水水泵（6）为江水源热泵供水；
S6、当江水源热泵取水控制系统依据动态取水调控方法预测后再检测到盐度传感器（2）中的某个或某些测量值大于溶液盐度临界值A时，此时进入海水顶托分层取水调控工况，关闭该盐度传感器（2）对应的取水口（1）连接的取水口控制阀（4），再检测比该取水口（1）处于更高位置的、且测量值小于溶液盐度临界值A的盐度传感器（2）对应的其他水温传感器（3）的实时测量值，再从其中选择测量值为最低温度的水温传感器（3）对应的取水口（1）供水，即开启对应的取水口（1）连接的取水口控制阀（4）和抽水水泵（6）为江水源热泵供水；
S7、当江水源热泵取水控制系统依据动态取水调控方法预测后再检测到所有的盐度传感器（2）的测量值都大于溶液盐度临界值A时，关闭所有的取水口（1）连接的取水口控制阀（4）和抽水水泵（6），停止取水。
2.根据权利要求1所述的基于预测的海水顶托区江水源热泵取水调控方法，其特征在于：当江水源热泵取水控制系统依据动态取水调控方法预测后再检测到某个或某些盐度传感器（2）测量值为零时，此时进入枯水期取水工况，关闭该盐度传感器（2）对应的取水口（1）连接的取水口控制阀（4），再检测比该取水口（1）处于更低位置的、且测量值小于溶液盐度临界值A的盐度传感器（2）对应的其他水温传感器（3）的实时测量值，从其中选择测量值为最低温度的水温传感器（3）且测量值不为零的盐度传感器（2）对应的取水口（1）供水。
3.根据权利要求1所述的基于预测的海水顶托区江水源热泵取水调控方法，其特征在于：系统运行一段时间后，所述江水源热泵取水控制系统运行反冲洗程序，通过反冲洗取水管（10）抽水对取水管道（5）进行冲洗。
4.根据权利要求1所述的基于预测的海水顶托区江水源热泵取水调控方法的系统，其特征在于：每个所述取水口（1）上的取水口控制阀（4）通过取水管道（5）、总控制阀（7）与所述抽水水泵（6）相连，所述抽水水泵（6）再通过旋流除砂器（8）和输水管路（9）连接至江水源热泵机组。
5.根据权利要求1所述的基于预测的海水顶托区江水源热泵取水调控方法的系统，其特征在于：所述取水口（1）的数量大于等于四个，相邻的取水口（1）之间的垂直间距为0.3-1m。
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