CN111043052B - 一种梯级泵站的半调角水泵调度方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种梯级泵站的半调角水泵调度方法和装置，根据泵站的需水量，以及每一水泵能够运行的最大流量和最小流量，确定泵站的可开机台数。然后，获得不同开机台数分别对应的水泵叶片角度；进一步地，确定水泵最小运行功率对应的目标开机台数；最后，基于水泵的不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率，以各台水泵的运行流量之和大于泵站的需水量为约束条件，确定各台水泵的运行功率之和最小时，各台水泵各自对应的叶片角度。本发明通过上述方法，能够在满足泵站的需水量的前提下，合理的调度泵站中每台半调角水泵的叶片角度，并使得每台半调角水泵以较低的功率运行，减小了系统功耗。
Description
技术领域
本发明实施例涉及智慧水利技术领域，尤其涉及一种梯级泵站的半调角水泵调度方法和装置。
背景技术
智慧水利，就是利用互联网、云计算、GIS等先进技术，提高水利部门的管理效率和社会服务水平，推动水利信息化建设，逐步实现“信息技术标准化、信息采集自动化、信息传输网络化、信息管理集成化、业务处理智能化、政务办公电子化”。
由于我国水资源分布不均，部分地方的水资源不能够满足当地基本的生活和生产的需求，解决水资源的分布不均问题已成为近些年来国内外研究的课题。我国建设了多项长距离、跨流域的调水工程，将水资源丰富地区的水引向水资源贫乏的地区，在很大程度上解决部分地区水资源缺乏的问题，进而促进当地经济的健康发展。
半调角水泵是指水泵的叶片可以进行角度调节，并且角度的调节范围是最大角度与最小角度之间的特定值，一般情况下，水泵能够调节的角度为-6°、-4°、-2°、0°、+2°、+4°中的值，通过对半调角水泵的角度调节，能够使机组的运行工况改变。
目前，梯级泵站的规模较大，运行复杂，不合理决策可能导致供水不足、水量浪费或频繁开机等问题。如今，梯级泵站在实际的运行调度过程中，运行决策往往根据经验，调度方案不合理，不能根据实际的流量需求以及成本控制，合理地确定半调角水泵的叶片开度，导致半调角水泵的运行流量过小或过大，而流量过小不能够满足供水需要，流量过大又会使机组耗能过高。
因此，如何提出一种方法，对半调角水泵的叶片角度进行合理的调节，使得各台水泵的运行流量之和满足泵站的需水量，并降低各台水泵的运行成本，成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种梯级泵站的半调角水泵调度方法和装置，用以解决相关技术中梯级泵站的调度不能不能根据实际的流量需求以及成本控制，合理地确定半调角水泵的叶片开度的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种梯级泵站的半调角水泵调度方法，包括：
S1，获得梯级泵站的任一级泵站中，每一水泵在不同的叶片角度的情况下水泵的扬程与水泵流量之间的第一关系，以及每一水泵在不同的叶片角度的情况下水泵的功率与水泵流量之间的第二关系；其中，所述水泵为半调角水泵；
S2，基于所述第一关系和第二关系，获得水泵的叶片角度与流量之间的第三关系、水泵的功率与叶片角度之间的第四关系以及水泵的功率与流量之间的第五关系；
S3，确定水泵能够运行的最大流量和最小流量；
S4，根据所述泵站的需水量，以及每一水泵能够运行的最大流量和最小流量，计算泵站的可开机台数；并获得不同开机台数分别对应的叶片角度；
S5，根据不同开机台数分别对应的叶片角度，以及水泵的功率与叶片角度之间的第四关系，获得不同开机台数分别对应的水泵功率；
S6，根据不同开机台数分别对应的水泵功率，确定水泵最小运行功率对应的目标开机台数；
S7，获得半调角水泵的全部可调角度，基于当前扬程、所述全部可调角度、所述第三关系和所述第四关系，获得不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率。
S8，在确定泵站的目标开机台数后，基于水泵的不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率，以各台水泵的运行流量之和大于泵站的需水量为约束条件，确定各台水泵的运行功率之和最小时，各台水泵各自对应的叶片角度。
进一步，S2中，基于所述第一关系和第二关系，获得水泵的叶片角度与流量之间的第三关系、水泵的功率与叶片角度之间的第四关系以及水泵的功率与流量之间的第五关系，具体包括：
基于第一关系和第二关系，获得当前扬程下，水泵不同的叶片角度对应的流量和功率；
基于当前扬程下，水泵不同的叶片角度对应的流量和功率，获得当前扬程下，流量随叶片角度的第一变化关系曲线，以及功率随叶片角度的第二变化关系曲线；
根据所述第一变化关系曲线获得水泵的叶片角度与流量之间的第三关系；根据所述第二变化关系曲线获得水泵的功率与叶片角度之间的第四关系；
根据所述第三关系和第四关系，获得水泵的功率与流量之间的第五关系。
进一步，S4中，根据所述泵站的需水量，以及每一水泵能够运行的最大流量和最小流量，计算泵站的可开机台数，包括：
通过泵站的需水量除以最大流量得到第一结果，并将第一结果向上取整得到最少开机数；通过泵站的需水量除以最小流量得到第二结果，并将第二结果向上取整得到最大开机数；
根据泵站的最少开机数和最大开机数，获得泵站的可开机台数。
进一步，在S4之前，所述方法还包括：
获得梯级泵站中每一渠道所需的流量、每一渠道的当前蓄水量以及当地电价；在满足每一渠道需水流量的前提下，以梯级泵站的运行费用最小为目标，利用linprog函数进行求解，获得各级泵站的目标流量。
进一步，根据梯级泵站中每一渠道所需的流量、每一渠道的当前蓄水量以及当地电价，在满足每一渠道需水流量的前提下，以梯级泵站的运行费用最小为目标，利用linprog函数求解各级泵站的目标流量，包括：
S100，在一日内的不同时段电价相同时，根据梯级泵站中每一渠道所需的流量、每一渠道的当前蓄水量以及当地电价，在满足每一渠道需水流量的前提下，以梯级泵站的运行费用最小为目标，利用linprog函数进行求解，获得各级泵站的目标流量；或者，
S200，在一日内的不同时段电价不同时，根据梯级泵站中每一渠道所需的流量、每一渠道的当前蓄水量以及当地各时段的电价，在满足每一渠道需水流量的前提下，以梯级泵站的运行费用最小为目标，利用linprog函数进行求解，获得各级泵站的目标流量。
进一步，所述S100具体包括：
S101，获得梯级泵站中每一渠道的需水流量；
S102，获得梯级泵站中每一渠道的当前蓄水量；
S103，根据每一渠道的需水流量和当前蓄水量，获得第m个渠道的第一参数Am和第二参数Bm；其中，所述第一参数Am＝(第m个渠道蓄水量下限-第m个渠道的当前蓄水量)/3600/24+第m个渠道的需水流量；所述第二参数Bm＝(第m个渠道蓄水量上限-第m个渠道的当前蓄水量)/3600/24+第m个渠道的需水流量；
S104，获得各级泵站的矩阵f；其中：
P1设～PM设分别表示各级泵站的设计功率；Q1设～QM设分别表示各级泵站的设计流量；M为泵站总级数；第一电价表示当地电价；
S105，获得矩阵A；
其中，a1＝(0...0-1)，a1中的“0...0”包含M-1个0；a2＝E(M)，当M＝9时，a2为九阶单位矩阵；a3和a4相同，且为(M-1)×M的矩阵；
S106，基于第一参数Am和第二参数Bm，获得矩阵b；其中：
a5为第M级泵站的设计流量*(-1)；a6为M*1的矩阵，a6中每行为各级泵站的最大流量；a7为(M-1)*1的矩阵，a7中每行为-Am；a8为(M-1)*1的矩阵，每行为Bm；
S107，基于矩阵f，A和b，以梯级泵站的运行费用最小为目标，利用linprog函数进行求解，获得矩阵X；其中，X为M×1的矩阵，X中的每个数对应各级泵站的目标流量；其中，泵站的目标流量即为S4中泵站的需水量。
进一步，所述方法还包括：
基于矩阵X，计算一日内梯级泵站的运行总费用；
运行总费用：
式中，i为1～M之间的任一整数；Xi为第i级泵站的目标流量。
第二方面，本发明实施例提供一种梯级泵站的半调角水泵调度装置，包括：
水泵参数关系获得模块，用于获得梯级泵站的任一级泵站中，每一水泵在不同的叶片角度的情况下水泵的扬程与水泵流量之间的第一关系，以及每一水泵在不同的叶片角度的情况下水泵的功率与水泵流量之间的第二关系；其中，所述水泵为半调角水泵；
参数关系推导模块，用于基于所述第一关系和第二关系，获得水泵的叶片角度与流量之间的第三关系、水泵的功率与叶片角度之间的第四关系以及水泵的功率与流量之间的第五关系；
流量阈值确定模块，用于确定水泵能够运行的最大流量和最小流量；
可开机台数计算模块，用于根据所述泵站的需水量，以及每一水泵能够运行的最大流量和最小流量，计算泵站的可开机台数；并获得不同开机台数分别对应的叶片角度；
水泵功率获得模块，用于根据不同开机台数分别对应的叶片角度，以及水泵的功率与叶片角度之间的第四关系，获得不同开机台数分别对应的水泵功率；
目标开机台数确定模块，用于根据不同开机台数分别对应的水泵功率，确定水泵最小运行功率对应的目标开机台数；
可调角度获得模块，用于获得半调角水泵的全部可调角度，基于当前扬程、第三关系和第四关系，获得不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率；
叶片角度确定模块，用于在确定泵站的目标开机台数后，基于水泵的不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率，以各台水泵的运行流量之和大于泵站的需水量为约束条件，确定各台水泵的运行功率之和最小时，各台水泵各自对应的叶片角度。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面实施例所述梯级泵站的半调角水泵调度方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面实施例所述梯级泵站的半调角水泵调度方法的步骤。
本发明实施例提供的梯级泵站的半调角水泵调度方法和装置，根据泵站的需水量，以及每一水泵能够运行的最大流量和最小流量，确定泵站的可开机台数。然后，获得不同开机台数分别对应的水泵叶片角度；进一步地，确定水泵最小运行功率对应的目标开机台数；最后，基于水泵的不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率，以各台水泵的运行流量之和大于泵站的需水量为约束条件，确定各台水泵的运行功率之和最小时，各台水泵各自对应的叶片角度。本发明通过上述方法，能够在满足泵站的需水量的前提下，合理的调度泵站中每台半调角水泵的叶片角度，并使得每台半调角水泵以较低的功率运行，减小了系统功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的梯级泵站的半调角水泵调度方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供梯级泵站输水系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的梯级泵站的半调角水泵调度装置的结构框图；
图4为本发明实施例提供的电子设备结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
目前，梯级泵站的规模较大，运行复杂，不合理决策可能导致供水不足、水量浪费或频繁开机等问题。如今，梯级泵站在实际的运行调度过程中，运行决策往往根据经验，调度方案不合理，不能根据实际的流量需求以及成本控制，合理地确定半调角水泵的叶片开度，导致半调角水泵的运行流量过小或过大，而流量过小不能够满足供水需要，流量过大又会使机组耗能过高。
因此，本发明实施例提供一种梯级泵站的半调角水泵调度方法，能够在满足泵站的需水量的前提下，合理的调度泵站中每台半调角水泵的叶片角度，并使得每台半调角水泵以较低的功率运行，减小了系统功耗。解决了相关技术中，梯级泵站的调度不能根据实际的流量需求以及成本控制，合理地确定半调角水泵的叶片开度的问题。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。
值得注意的是，本发明实施例中的“a*b”、“a·b”或者“a×b”可以表示a乘以b，或者，可以表示为a行b列矩阵，具体表示的内容，可以结合本申请实施例中的相关上下文的描述，对此本发明实施例不作一一说明。还需值得注意的是，在未作特殊说明过的情况下，电子设备执行下述任一步骤，可以是电子设备的处理器执行下述的任一步骤。在本申请实施例中，术语“获得”表示电子设备可以通过计算获得、电子设备生成获得或者从其他电子设备处获得，此处不作限制。
图1为本发明实施例提供的梯级泵站的半调角水泵调度方法流程示意图，该方法应用于电子设备，如图1所示，该方法包括：
S1，获得梯级泵站的任一级泵站中，每一水泵在不同的叶片角度的情况下水泵的扬程与水泵流量之间的第一关系Hα＝f(Qα)，以及每一水泵在不同的叶片角度的情况下水泵的功率与水泵流量之间的第二关系Nα＝g(Qα)；其中，所述水泵为半调角水泵；Qα为水泵流量，α为水泵的叶片角度。
可选地，本发明实施例中的电子设备可以为任一具有数据处理能力的设备，例如访客机、服务器、手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、个人数字助理、便捷式媒体播放器、智能音箱、导航装置、可穿戴设备、智能手环、计步器、数字TV或者台式计算机等。
在介绍本发明实施例的梯级泵站的半调角水泵调度方法之前，先对梯级泵站的相关内容作出说明：
图2为梯级泵站输水系统的结构示意图，参照图2，在梯级泵站中，各级泵站为梯级泵站输水系统的控制单元，泵站之间通过渠道或管道相连接，梯级泵站各渠道的水位、流量与泵站站内水泵机组的开机情况相互联系，共同组成动态平衡的梯级泵站输水系统，其中，各个泵站内的装机容量、渠道蓄水量也制约着梯级泵站输水系统的运行。
本实施例以图2所示的九级泵站为例，选取梯级泵站的任一级泵站，对泵站中半调角水泵的调度方案进行说明。为描述简洁，本发明实施例中，“半调角水泵”也简称为“水泵”。
本实施例步骤S1中，梯级泵站的任一级泵站中均包含若干半调角水泵。其中，半调角水泵是指水泵的叶片可以进行角度调节，并且角度的调节范围是最大角度与最小角度之间的特定值，一般情况下，水泵能够调节的角度为-6°、-4°、-2°、0°、+2°、+4°中的值，通过对半调角水泵的角度调节，能够使机组的运行工况改变。
本实施例中，泵站扬程Hα、水泵流量Qα以及水泵功率Nα能够通过梯级泵站输水系统设备采集获得。
在一种实施方式中，第一关系和第二关系可以均为三次函数。在另一种实施方式中，第一关系和第二关系可以是二次函数、四次函数或五次函数等。可以理解的是，函数的次数越高，得到的第一关系和第二关系越符合水泵的性能。
第一关系可以通过以下方式得到：获得半调角水泵的工作性能曲线，从性能曲线中获得在不同的叶片角度的情况下，半调角水泵在叶片角度为α时，在Hα＝f(Qα)曲线上的多个第一关键点，多个第一关键点应包括从水泵的工作性能表中得到的流量和扬程的值的全部或部分。能够理解的是，获得第一关系和第二关系的方法可以通过插值法、磨光法或者最小二乘法获得，具体如何拟合的方法，请参阅相关技术，此处不作赘述。
S2，基于所述第一关系和第二关系，获得水泵的叶片角度与流量之间的第三关系、水泵的功率与叶片角度之间的第四关系以及水泵的功率与流量之间的第五关系
在一种可选的实施方式中，S2可以通过以下方式实现：
首先，基于第一关系和第二关系，获得当前扬程下，水泵不同的叶片角度对应的流量和功率。其中，水泵不同的叶片角度是基于半调角水泵的工作性能表得到的。
可以理解的是，在叶片角度不同，但是当前扬程相同的情况下，例如，在叶片角度为-6°、-4°、-2°、0°、+2°或+4°时，同一扬程下的水泵的流量和功率均不同，在扬程固定的情况下，水泵的流量和功率可以均随着叶片角度的增大而增大。在当前扬程不同的情况下，但是叶片角度相同的情况下，水泵的流量和功率可以均随着当前扬程的增大而增大。
然后，基于当前扬程下，水泵不同的叶片角度对应的流量和功率，获得当前扬程下，流量随叶片角度的第一变化关系曲线，以及功率随叶片角度的第二变化关系曲线；
接着，根据所述第一变化关系曲线获得水泵的叶片角度与流量之间的第三关系；根据所述第二变化关系曲线获得水泵的功率与叶片角度之间的第四关系；
最后，根据所述第三关系和第四关系，获得水泵的功率与流量之间的第五关系。
S3，确定水泵能够运行的最大流量和最小流量。
在本发明的一种可选实施方式中，可以基于半调角水泵的性能曲线或性能工作表，确定水泵的最大流量和最小流量。在另一种实施方式中，可以基于上述S2中得到的叶片角度和流量之间的关系，获得水泵的最大流量和最小流量。
S4，根据所述泵站的需水量，以及每一水泵能够运行的最大流量和最小流量，计算泵站的可开机台数；并获得不同开机台数分别对应的叶片角度。
在执行步骤S4之前，泵站的需水量可以通过以下方法获得：获得梯级泵站中每一渠道所需的流量、每一渠道的当前蓄水量以及当地电价；在满足每一渠道需水流量的前提下，以梯级泵站的运行费用最小为目标，利用linprog函数进行求解，获得各级泵站的目标流量。泵站的目标流量即为泵站的需水量。
在获得泵站的需水量后，执行步骤S4，要计算泵站的可开机台数，需要确定泵站的最小开机数和最大开机数。其中，最少开机数可以是通过需水量除以最大流量得到第一结果，并将第一结果向上取整得到的。最大开机数可以是通过需水量除以最小流量得到第二结果，并将第二结果向上取整得到的。例如，本实施例最终计算出最小开机数为四，最大开机数为八，则可开机台数可以是四到八之间的任一整数。
进一步的，可以通过需水量除以开机台数，获得不同开机台数分别对应的水泵流量。本实施例中，不同开机台数分别对应的开机流量不同，例如开机台数为4、5、6、7或8，对应的开机流量为泵站需水量除以开机台数。
然后，根据水泵流量以及S2中得到的叶片角度与流量之间的第三关系，能够得到得到不同开机台数分别对应的叶片角度。
S5，根据不同开机台数分别对应的叶片角度，以及水泵的功率与叶片角度之间的第四关系，获得不同开机台数分别对应的水泵功率。
本实施例中，根据S4中获得的不同开机台数分别对应的叶片角度，以及S2中得到的水泵的功率与叶片角度之间的第四关系，能够得到不同开机台数分别对应的水泵功率。
S6，根据不同开机台数分别对应的水泵功率，确定水泵最小运行功率对应的目标开机台数。
本实施例根据不同开机台数分别对应的水泵功率，能够获得当水泵功率最小时，泵站的目标开机台数。
S7，获得半调角水泵的全部可调角度，基于当前扬程、所述全部可调角度、所述第三关系和所述第四关系，获得不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率。
例如，当半调角水泵的全部可调角度包括-2°、0°以及2°时，本实施例获得-2°对应的运行流量和运行功率、0°对应的运行流量和运行功率以及2°对应的运行流量和运行功率。
S8，在确定泵站的目标开机台数后，基于水泵的不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率，以各台水泵的运行流量之和大于泵站的需水量为约束条件，确定各台水泵的运行功率之和最小时，各台水泵各自对应的叶片角度。
例如，在一种实施方式中，最优开机台数为2时，电子设备可以先获得两个-2°所对应的的行流量之和是否大于第q级泵站所需的流量，若是，则纪录两个半调角水泵的叶片角度-2°所对应的功率之和。
若否，由S2可以获知，在扬程固定的情况下，水泵的流量和功率可以均随着叶片角度的增大而增大。因此，本实施例接着获得-2°和0°所对应的的运行流量之和是否大于第q级泵站所需的流量，若是，则将泵站中两个半调角水泵的叶片角度分别调整为-2°和0°，并纪录两个半调角水泵的叶片角度-2°所对应的功率之和。以此类推，最终确定两台半调角水泵的运行功率之和最小时，各台水泵各自对应的叶片角度，并依次调节两台半调角水泵的叶片角度。
本发明实施例提供的梯级泵站的半调角水泵调度方法，根据泵站的需水量，以及每一水泵能够运行的最大流量和最小流量，确定泵站的可开机台数。然后，获得不同开机台数分别对应的水泵叶片角度；进一步地，确定水泵最小运行功率对应的目标开机台数；最后，基于水泵的不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率，以各台水泵的运行流量之和大于泵站的需水量为约束条件，确定各台水泵的运行功率之和最小时，各台水泵各自对应的叶片角度。本发明通过上述方法，能够在满足泵站的需水量的前提下，合理的调度泵站中每台半调角水泵的叶片角度，并使得每台半调角水泵以较低的功率运行，减小了系统功耗。
在上述实施例的基础上，在S7获得每台水泵的目标开机流量之后，梯级泵站的半调角水泵调度方法还包括：
根据水泵的最小运行功率及其对应的开机台数，获得所述泵站的运行费用。
具体地，S6中得到了水泵最小运行功率对应的目标开机台数。在此前提下，可以计算获得泵站的运行费用。
在上述实施例的基础上，在S4之前，可以通过以下方法来获得梯级泵站中各级泵站的需水量：
获得梯级泵站中每一渠道所需的流量、每一渠道的当前蓄水量以及当地电价；在满足每一渠道需水流量的前提下，以梯级泵站的运行费用最小为目标，利用linprog函数进行求解，获得各级泵站的目标流量。本实施例中，泵站的目标流量即为泵站的需水量。
在上述各实施例的基础上，作为本发明一种可选的实施方式，根据梯级泵站中每一渠道所需的流量、每一渠道的当前蓄水量以及当地电价，在满足每一渠道需水流量的前提下，以梯级泵站的运行费用最小为目标，利用linprog函数求解各级泵站的目标流量，包括：
S100，在一日内的不同时段电价相同时，根据梯级泵站中每一渠道所需的流量、每一渠道的当前蓄水量以及当地电价，在满足每一渠道需水流量的前提下，以梯级泵站的运行费用最小为目标，利用linprog函数进行求解，获得各级泵站的目标流量；或者，
S200，在一日内的不同时段电价不同时，根据梯级泵站中每一渠道所需的流量、每一渠道的当前蓄水量以及当地各时段的电价，在满足每一渠道需水流量的前提下，以梯级泵站的运行费用最小为目标，利用linprog函数进行求解，获得各级泵站的目标流量。
在上述各实施例的基础上，上述S100具体包括：
S101，获得梯级泵站中每一渠道的需水流量；
图2为梯级泵站的系统结构示意图，参照图2，在梯级泵站中，各级泵站为梯级泵站输水系统的控制单元，泵站之间通过渠道或管道相连接，梯级泵站各渠道的水位、流量与泵站站内水泵机组的开机情况相互联系，共同组成动态平衡的梯级泵站输水系统，其中，各个泵站内的装机容量、渠道蓄水量也制约着梯级泵站输水系统的运行。
参照图2，本实施例例中的梯级泵站输水系统以九级泵站为例，每相邻两级泵站之间的具有渠道，即一级泵站和二级泵站之间的渠道为第一渠道、二级泵站与三级泵站之间的渠道为第二渠道、……、八级泵站与九级泵站之间的渠道为第八渠道。获得每一渠道所需的流量可以为获得第一渠道～第八渠道中每一渠道所需的流量。本实施例中，预先获得每一渠道在一日内所需的平均流量，即每一渠道的需水流量。
图2中，泵站子系统包括九级泵站，输水子系统包括“一干渠”～“八干渠”，即第一渠道～第八渠道。各级泵站之间分别设置有节制闸和分水闸，用户能够对分水闸进行控制。
在一种实施方式中，每一渠道的需水流量可以是每一渠道的管理部门上报的，即泵站管理中心只需按需分配即可。在另一种实施方式中，每一渠道的需水流量可以是泵站管理中心自行决策，无需每一渠道的管理部门上报。
S102，获得梯级泵站中每一渠道的当前蓄水量。
例如，第一渠道的当前蓄水量可以通过以下公式得到：
(一级泵站的后水池的水深+二级泵站的前水池的水深)*渠道长度*0.5*渠道断面面积与水深之间的关系。本发明实施例中，*表示乘号。
S103，根据每一渠道的需水流量和当前蓄水量，获得第m个渠道的第一参数Am和第二参数Bm；其中，所述第一参数Am＝(第m个渠道蓄水量下限-第m个渠道的当前蓄水量)/3600/24+第m个渠道的需水流量；所述第二参数Bm＝(第m个渠道蓄水量上限-第m个渠道的当前蓄水量)/3600/24+第m个渠道的需水流量。每一级泵站的出水渠为与该级泵站对应的渠道，例如，一级泵站与二级泵站之间的渠道为一渠道，二级泵站与三级泵站之间的渠道为二渠道。如果总共有M级泵站，第m个渠道为第m个泵站与第m+1个泵站之间的渠道。渠道的总数可以为M-1个。
接着，基于梯级泵站中每一渠道所需的流量、每一渠道的当前蓄水量以及当地电价，以梯级泵站的运行费用最小为目标，分别得到以下矩阵f，A和b。
S104，获得各级泵站的矩阵f；其中：
P1设～PM设分别表示各级泵站的设计功率；Q1设～QM设分别表示各级泵站的设计流量；M为泵站总级数；第一电价表示当地电价；此处的“·”和“*”均代表乘号。
S105，获得矩阵A；
其中，a1＝(0...0-1)，a1中的“0...0”包含M-1个0；a2＝E(M)，当M＝9时，a2为九阶单位矩阵；a3和a4相同，且为(M-1)×M的矩阵。
能够理解是，a1为1行M列向量，前M-1个值均为0，第M个值为-1。
S106，基于第一参数Am和第二参数Bm，获得矩阵b；其中：
a5为第M级泵站的设计流量*(-1)；a6为M*1的矩阵，a6中每行为各级泵站的最大流量；a7为(M-1)*1的矩阵，a7中每行为-Am；a8为(M-1)*1的矩阵，每行为Bm。
此处，a7为(M-1)*1的矩阵，可以理解为(M-1)行1列的矩阵。
S107，基于矩阵f，A和b，以梯级泵站的运行费用最小为目标，利用linprog函数进行求解，获得矩阵X；其中，X为M×1的矩阵，X中的每个数对应各级泵站的目标流量；其中，泵站的目标流量即为S4中泵站的需水量。
在上述各实施例的基础上，所述方法还包括：
S108，基于矩阵X，计算一日内的不同时段电价相同时，梯级泵站的运行总费用；
运行总费用：
式中，i为1～M之间的任一整数；Xi为第i级泵站的目标流量。
本实施例通过上述S101～S108，能够获得在一日内的不同时段电价相同时，以梯级泵站的运行费用最低时为目标求解得到的各级泵站的目标流量，对各级泵站进行调度，从而降低了梯级泵站的运行成本。
在上述各实施例的基础上，作为本发明的一种可选实施方式，本实施例为了得到一日内在不同时段电价不同时，各泵站在需水量满足要求的情况下，各级泵站的最优开机流量，提出S200，在一日内的不同时段电价不同时，根据梯级泵站中每一渠道所需的流量、每一渠道的当前蓄水量以及当地各时段的电价，在满足每一渠道需水流量的前提下，以梯级泵站的运行费用最小为目标，利用linprog函数进行求解，获得各级泵站的目标流量。S200具体包括：
S201，获得梯级泵站中每一渠道的需水流量；
S202，获得梯级泵站中每一渠道的当前蓄水量。
例如，第一渠道的当前蓄水量可以通过以下公式得到：
(一级泵站的后水池的水深+二级泵站的前水池的水深)*渠道长度*0.5*渠道断面面积与水深之间的关系。本发明实施例中，*表示乘号。
S203，根据每一渠道的需水流量和当前蓄水量，获得第m个渠道的第一参数Am和第二参数Bm；其中，所述第一参数Am＝(第m个渠道蓄水量下限-第m个渠道的当前蓄水量)/3600/24+第m个渠道的需水流量；所述第二参数Bm＝(第m个渠道蓄水量上限-第m个渠道的当前蓄水量)/3600/24+第m个渠道的需水流量。
S201～S203的步骤和上述实施例中的S101～S103相同，在此不再赘述。
接着，基于梯级泵站中每一渠道所需的流量、每一渠道的当前蓄水量以及当地各时段的电价，以梯级泵站的运行费用最小为目标，分别得到以下矩阵f’，A’和b’。
S204，获得各级泵站的矩阵f’；其中：
矩阵f’为2M×1的矩阵P1设～PM设分别表示各级泵站的设计功率；Q1设～QM设分别表示各级泵站的设计流量；M为泵站总级数；第二电价为当地在一日内第一时段的电价。第三电价为当地在一日内第二时段的电价。第一时段和第二时段组成一日。
S205，获得矩阵A’；
其中，a9为1*2M的矩阵，a9＝[0(M-1)，-1，0(M)]。a10为1*2M的矩阵，a10＝[0(2M-1)，-1]。a11为单位阵，a11为E(2M)。a12和a13相同，且为(M-1)×2M的矩阵。
此处，1*2M的矩阵可以理解为1行2M列的矩阵，M是梯级泵站的泵站总级数。
S206，基于第一参数Am和第二参数Bm，获得矩阵b’；其中：
其中，a14为2*1的矩阵，a14的每行为第M级泵站的需水量*(-1)。
a15为2M*1的矩阵，前M行与后M行相等，且均为a6相同。
a16为(M-1)*1的矩阵，每行为-2*Am。
a17为(M-1)*1的矩阵，每行为2*Bm。
S207，基于矩阵基于f’，A’和b’，以梯级泵站的运行费用最小为目标，利用linprog函数进行求解，获得矩阵X’；X’为2M×1的矩阵。X’的前M行是第一时段的各级泵站目标流量，X’的后M行是第二时段的各级泵站目标流量。其中，泵站的目标流量即为S4中泵站的需水量。
在上述各实施例的基础上，所述方法还包括：
S208，基于矩阵X，计算一日内的不同时段电价不同时，梯级泵站的运行总费用。梯级泵站的运行总费用cost'为：
式中，q为1～M之间的任一整数；Pq设表示第q级泵站的设计功率；Xq为第q级泵站的目标流量。
本实施例通过上述S201～S208，能够得到一日内在不同时段电价不同时，各级泵站在需水量满足要求的情况下，各级泵站的最优开机流量(即目标流量)，对各级泵站进行调度，从而降低了梯级泵站的运行成本。
图3为本发明实施例提供的梯级泵站的半调角水泵调度装置的结构框图，参照图1～3，本发明实施例提供一种梯级泵站的半调角水泵调度装置，包括：
水泵参数关系获得模块301，用于获得梯级泵站的任一级泵站中，每一水泵在不同的叶片角度的情况下水泵的扬程与水泵流量之间的第一关系，以及每一水泵在不同的叶片角度的情况下水泵的功率与水泵流量之间的第二关系；其中，所述水泵为半调角水泵；
参数关系推导模块302，用于基于所述第一关系和第二关系，获得水泵的叶片角度与流量之间的第三关系、水泵的功率与叶片角度之间的第四关系以及水泵的功率与流量之间的第五关系；
流量阈值确定模块303，用于确定水泵能够运行的最大流量和最小流量；
可开机台数计算模块304，用于根据所述泵站的需水量，以及每一水泵能够运行的最大流量和最小流量，计算泵站的可开机台数；并获得不同开机台数分别对应的叶片角度；
水泵功率获得模块305，用于根据不同开机台数分别对应的叶片角度，以及水泵的功率与叶片角度之间的第四关系，获得不同开机台数分别对应的水泵功率；
目标开机台数确定模块306，用于根据不同开机台数分别对应的水泵功率，确定水泵最小运行功率对应的目标开机台数；
可调角度获得模块307，用于获得半调角水泵的全部可调角度，基于当前扬程、所述全部可调角度、所述第三关系和所述第四关系，获得不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率；
叶片角度确定模块308，用于在确定泵站的目标开机台数后，基于水泵的不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率，以各台水泵的运行流量之和大于泵站的需水量为约束条件，确定各台水泵的运行功率之和最小时，各台水泵各自对应的叶片角度。
具体地，本发明实施例提供的梯级泵站的半调角水泵调度装置，具体用于执行上述方法实施例中的梯级泵站的半调角水泵调度方法的步骤，由于上述实施例中已对梯级泵站的半调角水泵调度方法进行详细介绍，此处不对梯级泵站的半调角水泵调度装置各功能模块进行赘述。
图4示例了一种电子设备结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)401、通信接口(Communications Interface)402、存储器(memory)403和通信总线404，其中，处理器401，通信接口402，存储器403通过通信总线404完成相互间的通信。处理器401可以调用存储器403中的逻辑指令，以执行如下方法：获得梯级泵站的任一级泵站中，每一水泵在不同的叶片角度的情况下水泵的扬程与水泵流量之间的第一关系，以及每一水泵在不同的叶片角度的情况下水泵的功率与水泵流量之间的第二关系；其中，所述水泵为半调角水泵；基于所述第一关系和第二关系，获得水泵的叶片角度与流量之间的第三关系、水泵的功率与叶片角度之间的第四关系以及水泵的功率与流量之间的第五关系；确定水泵能够运行的最大流量和最小流量；根据所述泵站的需水量，以及每一水泵能够运行的最大流量和最小流量，计算泵站的可开机台数；并获得不同开机台数分别对应的叶片角度；根据不同开机台数分别对应的叶片角度，以及水泵的功率与叶片角度之间的第四关系，获得不同开机台数分别对应的水泵功率；根据不同开机台数分别对应的水泵功率，确定水泵最小运行功率对应的目标开机台数；获得半调角水泵的全部可调角度，基于当前扬程、所述全部可调角度、所述第三关系和所述第四关系，获得不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率。在确定泵站的目标开机台数后，基于水泵的不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率，以各台水泵的运行流量之和大于泵站的需水量为约束条件，确定各台水泵的运行功率之和最小时，各台水泵各自对应的叶片角度。
可以理解地，电子设备的处理器401还可以执行本发明实施例中提到的上述其它步骤，此处不再一一赘述。
本实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述各实施例中所述方法的步骤。例如包括：获得梯级泵站的任一级泵站中，每一水泵在不同的叶片角度的情况下水泵的扬程与水泵流量之间的第一关系，以及每一水泵在不同的叶片角度的情况下水泵的功率与水泵流量之间的第二关系；其中，所述水泵为半调角水泵；基于所述第一关系和第二关系，获得水泵的叶片角度与流量之间的第三关系、水泵的功率与叶片角度之间的第四关系以及水泵的功率与流量之间的第五关系；确定水泵能够运行的最大流量和最小流量；根据所述泵站的需水量，以及每一水泵能够运行的最大流量和最小流量，计算泵站的可开机台数；并获得不同开机台数分别对应的叶片角度；根据不同开机台数分别对应的叶片角度，以及水泵的功率与叶片角度之间的第四关系，获得不同开机台数分别对应的水泵功率；根据不同开机台数分别对应的水泵功率，确定水泵最小运行功率对应的目标开机台数；获得半调角水泵的全部可调角度，基于当前扬程、所述全部可调角度、所述第三关系和所述第四关系，获得不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率。在确定泵站的目标开机台数后，基于水泵的不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率，以各台水泵的运行流量之和大于泵站的需水量为约束条件，确定各台水泵的运行功率之和最小时，各台水泵各自对应的叶片角度。
综上所述，本发明实施例提供的梯级泵站的半调角水泵调度方法和装置，根据泵站的需水量，以及每一水泵能够运行的最大流量和最小流量，确定泵站的可开机台数。然后，获得不同开机台数分别对应的水泵叶片角度；进一步地，确定水泵最小运行功率对应的目标开机台数；最后，基于水泵的不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率，以各台水泵的运行流量之和大于泵站的需水量为约束条件，确定各台水泵的运行功率之和最小时，各台水泵各自对应的叶片角度。本发明通过上述方法，能够在满足泵站的需水量的前提下，合理的调度泵站中每台半调角水泵的叶片角度，并使得每台半调角水泵以较低的功率运行，减小了系统功耗。
在本发明所提供的上述所有实施方式中，不冲突的可以相互结合。
以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种梯级泵站的半调角水泵调度方法，其特征在于，包括：
S1，获得梯级泵站的任一级泵站中，每一水泵在不同的叶片角度的情况下水泵的扬程与水泵流量之间的第一关系，以及每一水泵在不同的叶片角度的情况下水泵的功率与水泵流量之间的第二关系；其中，所述水泵为半调角水泵；
S2，基于所述第一关系和第二关系，获得水泵的叶片角度与流量之间的第三关系、水泵的功率与叶片角度之间的第四关系以及水泵的功率与流量之间的第五关系；
S3，确定水泵能够运行的最大流量和最小流量；
S4，根据所述泵站的需水量，以及每一水泵能够运行的最大流量和最小流量，计算泵站的可开机台数，并获得不同开机台数分别对应的叶片角度；
S5，根据不同开机台数分别对应的叶片角度，以及水泵的功率与叶片角度之间的第四关系，获得不同开机台数分别对应的水泵功率；
S6，根据不同开机台数分别对应的水泵功率，确定水泵最小运行功率对应的目标开机台数；
S7，获得半调角水泵的全部可调角度，基于当前扬程、所述全部可调角度、所述第三关系和所述第四关系，获得不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率；
S8，在确定泵站的目标开机台数后，基于水泵的不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率，以各台水泵的运行流量之和大于泵站的需水量为约束条件，确定各台水泵的运行功率之和最小时，各台水泵各自对应的叶片角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2中，基于所述第一关系和第二关系，获得水泵的叶片角度与流量之间的第三关系、水泵的功率与叶片角度之间的第四关系以及水泵的功率与流量之间的第五关系，具体包括：
基于第一关系和第二关系，获得当前扬程下，水泵不同的叶片角度对应的流量和功率；
基于当前扬程下，水泵不同的叶片角度对应的流量和功率，获得当前扬程下，流量随叶片角度的第一变化关系曲线，以及功率随叶片角度的第二变化关系曲线；
根据所述第一变化关系曲线获得水泵的叶片角度与流量之间的第三关系；根据所述第二变化关系曲线获得水泵的功率与叶片角度之间的第四关系；
根据所述第三关系和第四关系，获得水泵的功率与流量之间的第五关系。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S4中，根据所述泵站的需水量，以及每一水泵能够运行的最大流量和最小流量，计算泵站的可开机台数，包括：
通过泵站的需水量除以最大流量获得第一结果，并将第一结果向上取整得到最少开机数；通过泵站的需水量除以最小流量得到第二结果，并将第二结果向上取整得到最大开机数；
根据泵站的最少开机数和最大开机数，获得泵站的可开机台数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在S4之前，所述方法还包括：
获得梯级泵站中每一渠道所需的流量、每一渠道的当前蓄水量以及当地电价；
根据所述梯级泵站中每一渠道所需的流量、所述每一渠道的当前蓄水量以及所述当地电价，在满足每一渠道需水流量的前提下，以梯级泵站的运行费用最小为目标，利用linprog函数进行求解，获得各级泵站的目标流量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述梯级泵站中每一渠道所需的流量、所述每一渠道的当前蓄水量以及所述当地电价，在满足每一渠道需水流量的前提下，以梯级泵站的运行费用最小为目标，利用linprog函数进行求解，获得各级泵站的目标流量，包括：
S100，在一日内的不同时段电价相同时，根据梯级泵站中每一渠道所需的流量、每一渠道的当前蓄水量以及当地电价，在满足每一渠道需水流量的前提下，以梯级泵站的运行费用最小为目标，利用linprog函数进行求解，获得各级泵站的目标流量；或者，
S200，在一日内的不同时段电价不同时，根据梯级泵站中每一渠道所需的流量、每一渠道的当前蓄水量以及当地各时段的电价，在满足每一渠道需水流量的前提下，以梯级泵站的运行费用最小为目标，利用linprog函数进行求解，获得各级泵站的目标流量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述S100具体包括：
S101，获得梯级泵站中每一渠道的需水流量；
S102，获得梯级泵站中每一渠道的当前蓄水量；
S103，根据每一渠道的需水流量和当前蓄水量，获得第m个渠道的第一参数Am和第二参数Bm；其中，所述第一参数Am＝(第m个渠道蓄水量下限-第m个渠道的当前蓄水量)/3600/24+第m个渠道的需水流量；所述第二参数Bm＝(第m个渠道蓄水量上限-第m个渠道的当前蓄水量)/3600/24+第m个渠道的需水流量；
S104，获得各级泵站的矩阵f；其中：
P1设～PM设分别表示M级泵站中各级泵站的设计功率；Q1设～QM设分别表示M级泵站中各级泵站的设计流量；M为泵站总级数；第一电价表示当地电价；
S105，获得矩阵A；
其中，a1＝(0...0-1)，a1中的“0...0”包含M-1个0；a2＝E(M)，当M＝9时，a2为九阶单位矩阵；a3和a4相同，且为(M-1)×M的矩阵；
S106，基于第一参数Am和第二参数Bm，获得矩阵b；其中：
a5为第M级泵站的设计流量*(-1)；a6为M*1的矩阵，a6中每行为各级泵站的最大流量；a7为(M-1)*1的矩阵，a7中每行为-Am；a8为(M-1)*1的矩阵，每行为Bm；
S107，基于矩阵f，A和b，以梯级泵站的运行费用最小为目标，利用linprog函数进行求解，获得矩阵X；其中，X为M×1的矩阵，X中的每个数对应各级泵站的目标流量；其中，泵站的目标流量即为S4中泵站的需水量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：
基于矩阵X，计算一日内梯级泵站的运行总费用；
运行总费用：
式中，i为1～M之间的任一整数；Xi为第i级泵站的目标流量。
8.一种梯级泵站的半调角水泵调度装置，其特征在于，包括：
水泵参数关系获得模块，用于获得梯级泵站的任一级泵站中，每一水泵在不同的叶片角度的情况下水泵的扬程与水泵流量之间的第一关系，以及每一水泵在不同的叶片角度的情况下水泵的功率与水泵流量之间的第二关系；其中，所述水泵为半调角水泵；
参数关系推导模块，用于基于所述第一关系和第二关系，获得水泵的叶片角度与流量之间的第三关系、水泵的功率与叶片角度之间的第四关系以及水泵的功率与流量之间的第五关系；
流量阈值确定模块，用于确定水泵能够运行的最大流量和最小流量；
可开机台数计算模块，用于根据所述泵站的需水量，以及每一水泵能够运行的最大流量和最小流量，计算泵站的可开机台数；并获得不同开机台数分别对应的叶片角度；
水泵功率获得模块，用于根据不同开机台数分别对应的叶片角度，以及水泵的功率与叶片角度之间的第四关系，获得不同开机台数分别对应的水泵功率；
目标开机台数确定模块，用于根据不同开机台数分别对应的水泵功率，确定水泵最小运行功率对应的目标开机台数；
可调角度获得模块，用于获得半调角水泵的全部可调角度，基于当前扬程、所述全部可调角度、所述第三关系和所述第四关系，获得不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率；
叶片角度确定模块，用于在确定泵站的目标开机台数后，基于水泵的不同可调角度分别对应的运行流量和运行功率，以各台水泵的运行流量之和大于泵站的需水量为约束条件，确定各台水泵的运行功率之和最小时，各台水泵各自对应的叶片角度。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述梯级泵站的半调角水泵调度方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述梯级泵站调度方法的步骤。
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