CN110671340B - 一种单级全调节泵站的流量自适应调节方法 - Google Patents

一种单级全调节泵站的流量自适应调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供单级全调节泵站的流量自适应调节方法，包括以下步骤：获取信息，计算出扬程与流量之间的函数关系；通过泵站扬程获取不同叶片角时的流量，计算出所需机组台数以及每台平均分配的流量；获取不同叶片角时每台平均分配的流量所对应的扬程，通过扬程确定叶片角；控制泵站运行，并实时监控在该方案下泵站的实际流量；将监测到的实际泵站流量与理想流量进行比较后根据比较结果对叶片角进行调节，本发明能够直接由公式选择合适的运行参数；同时将实时运行数据加入到已有的存储中来更新已有的参数关系公式，匹配当前的实际工况，实现流量的自适应调节。

Description

一种单级全调节泵站的流量自适应调节方法
技术领域
本发明涉及水利水电技术领域，具体涉及单级全调节泵站的流量自适应调节方法。
背景技术
随着国民经济的发展，我国修建了大量的调水工程，泵站在流域内或流域间调水,能够有效地解决水资源时空分布不均的问题，它由拦污栅，水泵装置，电机和其他辅助装置组成，全调节泵站指能够在一定范围内通过调整叶片角来调节流量的泵站，泵站的流量调节是泵站需要提供的重要功能。目前的泵站实际运行情况是：值班人员接收流量信息，然后按照一定规则启动某些机组，然后每台机组调节到一定的转速或一定的叶片角，然后观察流量计读数，然后微调机组，直到使机组流量输出达到设定的流量值。
目前的泵站管理方案对于上级机构给定的流量需求，需要操作人员按一定规则手动分配给每台机组相应的流量，变角调节泵站需要操作人员手动调节叶片角度实现流量调节，这些都需要有经验的专业人士参与，且不能实现泵站的自动调节，这就增加了人力的投入，专利号2015104440359的专利将泵站已有的前后池水位、叶片角度、流量、扬程、相应的功率离散为等距点，然后将这些数据的组合存储起来。在具体流量调节任务时，根据已有的存储数据查询与现在的工况相近的存储数据点，然后选择此数据点来修改当前工况，虽然减少了人工操作，但是对全部工况的前后池水位、叶片角度、流量、功率的离散采样之后，存储为数据库，这种方式需要在短时间内频繁调节泵站的参数来实现全工况的覆盖，这对大型泵站来比较难以做到的，且现有的技术方案只考虑了当前泵站运行条件下的数据，没有考虑泵站运行时间长了，会导致泵站机组运行状态会发生变化，从而导致机组的运行工况不再满足已存储的数据点，此时再选择已存储的数据作为最优方案，会出现偏差。
发明内容
本发明提供单级全调节泵站的流量自适应调节方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种单级全调节泵站的流量自适应调节方法，包括以下步骤：
获取泵站叶片角、扬程和流量的信息，计算出不同叶片角时扬程与流量之间的函数关系并存储；
通过泵站扬程获取不同叶片角时的流量，根据流量以及需求流量计算出所需机组台数，以及每台平均分配的流量；
获取不同叶片角时每台平均分配的流量所对应的扬程，通过扬程确定叶片角；
通过确定的机组台数、叶片角控制泵站运行，并实时监控在该方案下泵站的实际流量；
将监测到的实际泵站流量与理想流量进行比较，并根据比较结果对叶片角进行调节，直至达到理想流量，并对数据进行存储。
进一步的，所述获取泵站叶片角、扬程和流量的信息，计算出不同叶片角时扬程与流量之间的函数关系具体方法为：获取泵站在不同叶片角的情况下，扬程变化时，对应流量的数据，根据扬程与流量的对应数据计算得出不同叶片角时扬程与流量之间的函数关系。
进一步的，所述通过泵站扬程获取不同叶片角时的流量，根据流量以及需求流量计算出所需机组台数，以及每台平均分配的流量的具体方法为：确定泵站的扬程，根据不同叶片角时扬程与流量之间的函数关系，在不同叶片角时获取该扬程所对应的流量，根据需求流量和获取最大的流量计算出所需的机组台数和每台平均分配的流量。
进一步的，所述所需的机组台数m的计算公式为：
m＝ceil(Qg/Qmax)
式中，Qg为需求流量，Qmax为获取最大的流量数据，ceil为向上取整。
进一步的，所述每台平均分配的流量Qi的计算公式为：
Qi＝Qg/m。
进一步的，所述获取不同叶片角时每台平均分配的流量所对应的扬程，通过扬程确定叶片角的具体方法为：根据不同叶片角时扬程与流量之间的函数关系，获取平均分配的流量在不同叶片角时所对应的扬程，从获取的扬程数据中确定与泵站扬程最接近的，从而确定叶片角。
进一步的，所述将监测到的实际泵站流量与理想流量进行比较，并根据比较结果对叶片角进行调节，直至达到理想流量的具体方法为：
若实际流量与理想流量在设定误差值外，且实际流量大于理想流量，则减少叶片角的一个角度值，直至实际流量与理想流量在设定误差值内；
若实际流量与理想流量在设定误差值外，且实际流量小于理想流量，则增大叶片角的一个角度值，直至实际流量与理想流量在设定误差值内。
进一步的，所述对数据进行存储的具体方法为：获取实际流量与理想流量在设定误差值内的叶片角、机组台数、每台平均分配的流量，以及需求流量生成一组数据，进行存储。
由以上技术方案可知，本发明具有如下有益效果：实现利用泵站已有数据，利用水力学公式推算出相应的参数之间的关系，实现在给定流量需求的情况下，能够直接由公式选择合适的运行参数；同时将实时运行数据加入到已有的存储中来更新已有的参数关系公式，匹配当前的实际工况，实现流量的自适应调节。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的单级全调节泵站的流量自适应调节方法优选实施方式作详细的说明。
如果对于三用一备的四台机组的叶片全调节泵站，机组设计流量为30m3/s，泵站初始前后池水位为3m和6.5m，叶片角调节角度范围为-6°～4°，流量需求为65m3/s。
一种单级全调节泵站的流量自适应调节方法，包括以下步骤：
步骤一、获取泵站在-6°～4°叶片角的情况下，扬程变化时，对应流量的数据，根据扬程与流量的对应数据结合水力学公式计算得出不同叶片角叶时扬程与流量之间的函数关系并存储(不同叶片角下，扬程和流量对应不同的函数关系式)；
以下是-6°～4°叶片角时，扬程与流量之间的函数关系：
Figure GDA0002923037440000051
不同叶片角叶时扬程与流量之间的函数关系的具体计算过程如下：
假设给定叶片角θ°，在θ°叶片角时扬程H与流量Q关系为H＝a*Q2+b*Q+c，a、b、c为与机组有关的待定系数，给出在叶片角θ°下的H和Q数据，依次求得相应的Q与a*Q2+b*Q+c，求两者差的平方和，使得平方和最小的a、b、c即为所求。这样就求得给定θ°时H与Q的关系式，即H＝f(Q)，此过程可以用数学软件辅助计算，如MATLAB中的fit函数就能完成以上过程。
根据水力学经验来说，在给定叶片角时，扬程与流量一般取二次函数关系即可达到控制的精度要求；
步骤二、确定泵站的扬程H为3.5m，根据-6°～4°叶片角时扬程与流量之间的函数关系，在不同叶片角时获取该扬程所对应的流量(不同叶片角会获取相同扬程时不同的流量，而在相同扬程下，叶片角越大流量就越大，叶片角越小流量就越小)，由扬程3.5m下的各机组叶片角与流量关系得到各机组的调节流量范围为[27m3/s,37m3/s]，满足流量需求的机组台数为m＝ceil(65/37)＝2，每台机组的流量可平均分配为Qi＝65/2＝32.5m3/s。
步骤三、根据不同叶片角时扬程与流量之间的函数关系，获取32.5m3/s在-6°～4°叶片角时所对应的扬程(如表一)，其中扬程为3.5201距离实际扬程最近，所以选择此时的叶片角-2°，预测实际流量会是32.13m3/s；
表一：
Figure GDA0002923037440000061
步骤四、通过确定的机组台数、叶片角控制泵站运行，并实时监控在该方案下泵站的实际流量，整个过程使用PLC实现控制器，达到流量的自动控制，过程中需要水位传感器和流量传感器以便获得泵站上下游扬程、泵站流量的反馈；
步骤五、若实际流量与理想流量在设定误差值外，且实际流量大于理想流量，则减少叶片角的一个角度值，直至实际流量与理想流量在设定误差值内；
若实际流量与理想流量在设定误差值外，且实际流量小于理想流量，则增大叶片角的一个角度值，直至实际流量与理想流量在设定误差值内；
获取实际流量与理想流量在设定误差值内的叶片角、机组台数、每台平均分配的流量，以及需求流量生成一组数据，进行存储。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种单级全调节泵站的流量自适应调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取泵站叶片角、扬程和流量的信息，计算出不同叶片角时扬程与流量之间的函数关系并存储；
通过泵站扬程获取不同叶片角时的流量，根据流量以及需求流量计算出所需机组台数，以及每台平均分配的流量；
获取不同叶片角时每台平均分配的流量所对应的扬程，通过扬程确定叶片角；
通过确定的机组台数、叶片角控制泵站运行，并实时监控在该方案下泵站的实际流量；
将监测到的实际泵站流量与理想流量进行比较，并根据比较结果对叶片角进行调节，直至达到理想流量，并对数据进行存储；
所述获取泵站叶片角、扬程和流量的信息，计算出不同叶片角时扬程与流量之间的函数关系具体方法为：获取泵站在不同叶片角的情况下，扬程变化时，对应流量的数据，根据扬程与流量的对应数据计算得出不同叶片角时扬程与流量之间的函数关系；
所述获取不同叶片角时每台平均分配的流量所对应的扬程，通过扬程确定叶片角的具体方法为：根据不同叶片角时扬程与流量之间的函数关系，获取平均分配的流量在不同叶片角时所对应的扬程，从获取的扬程数据中确定与泵站扬程最接近的，从而确定叶片角。
2.根据权利要求1所述的单级全调节泵站的流量自适应调节方法，其特征在于：所述通过泵站扬程获取不同叶片角时的流量，根据流量以及需求流量计算出所需机组台数，以及每台平均分配的流量的具体方法为：确定泵站的扬程，根据不同叶片角时扬程与流量之间的函数关系，在不同叶片角时获取该扬程所对应的流量，根据需求流量和获取最大的流量计算出所需的机组台数和每台平均分配的流量。
3.根据权利要求2所述的单级全调节泵站的流量自适应调节方法，其特征在于：所述所需的机组台数m的计算公式为：
m＝ceil(Qg/Qmax)
式中，Qg为需求流量，Qmax为获取最大的流量数据，ceil为向上取整。
4.根据权利要求3所述的单级全调节泵站的流量自适应调节方法，其特征在于：所述每台平均分配的流量Qi的计算公式为：
Qi＝Qg/m。
5.根据权利要求1所述的单级全调节泵站的流量自适应调节方法，其特征在于：所述将监测到的实际泵站流量与理想流量进行比较，并根据比较结果对叶片角进行调节，直至达到理想流量的具体方法为：
若实际流量与理想流量在设定误差值外，且实际流量大于理想流量，则减少叶片角的一个角度值，直至实际流量与理想流量在设定误差值内；
若实际流量与理想流量在设定误差值外，且实际流量小于理想流量，则增大叶片角的一个角度值，直至实际流量与理想流量在设定误差值内。
6.根据权利要求5所述的单级全调节泵站的流量自适应调节方法，其特征在于：所述对数据进行存储的具体方法为：获取实际流量与理想流量在设定误差值内的叶片角、机组台数、每台平均分配的流量，以及需求流量生成一组数据，进行存储。
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