CN111140486B - 一种梯级泵站的调速水泵调度方法和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种梯级泵站的调速水泵调度方法和电子设备，根据泵站的需水量，以及调速水泵的最大流量和最小流量，确定泵站的可开机台数。然后，获得每一开机台数对应的水泵功率；接着，确定水泵最小运行功率对应的目标开机台数；然后，计算不同开机台数分别对应的调速水泵总运行功率，获得调速水泵总运行功率最小时的目标开机台数。最后，获得目标开机台数对应的目标转速和目标运行功率。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调速水泵的转速，并使得所有开机的调速水泵总运行功率最低，减小了系统功耗。

Description

一种梯级泵站的调速水泵调度方法和电子设备

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调速水泵调度方法和电子设备。

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。

调速水泵是指水泵的叶片转速可以调节，通过对调速水泵的角度调节，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，合理地确定调速水泵的转速，导致调速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，对调速水泵的转速进行合理的调节，使得各台水泵的运行流量之和满足泵站的需水量，并降低各台调速水泵的运行成本，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调速水泵调度方法和电子设备，用以解决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，合理地确定调速水泵的转速的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种梯级泵站的调速水泵调度方法，包括：

S1，获得梯级泵站的任一级泵站中，每一调速水泵在不同的特征流量下对应的特征功率、特征效率以及特征扬程；分析获得泵站中调速水泵在额定转速下，水泵的功率、效率和扬程中的每一个分别与流量之间的第一关系；

S2，获得调速水泵的工作性能曲线，并基于所述工作性能曲线，结合流量与转速成一次方关系、扬程与转速成二次方关系以及电机轴功率与转速成三次方关系，获得调速水泵在最小转速下功率、效率和扬程中的每一个分别与流量之间的第二关系；

S3，根据所述第一关系和所述第二关系，分析获得调速水泵运行的高效区范围；

S4，根据调速水泵运行的高效区范围，获得调速水泵的流量与转速之间的关系；

S5，根据调速水泵运行的高效区范围和泵站所需扬程，确定泵站所需扬程对应的最大流量和最小流量；

S6，根据所述泵站的需水量，以及调速水泵的所述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开机流量；

S7，根据不同开机台数分别对应的开机流量，以及S1中得到的功率与流量之间的关系，获得不同开机台数分别对应的运行功率；

S8，计算不同开机台数分别对应的调速水泵总运行功率，获得调速水泵总运行功率最小时的目标开机台数。

S9，根据泵站的需水量和目标开机台数计算获得每台调速水泵的目标开机流量，并获得目标开机流量对应的目标转速和目标运行功率。

进一步，S3中，所述根据所述第一关系和所述第二关系，分析获得调速水泵运行的高效区范围，包括：

分别选定调速水泵在额定转速和最低转速下工作的高效区段；其中，所述高效区段为水泵效率在80％及以上的区段；

作出调速水泵各个转速下在Q～H曲线上等效率点的连线，效率点的连线是一条通过原点的二次抛物线，其表达式为H＝kQ²；其中，Q为流量；H为扬程；k为常数；

在额定转速下扬程与流量的关系曲线、最低转速下扬程与流量的关系曲线、最高效率曲线、80％效率曲线围成的曲面四边形即为水泵运行的高效区范围。

进一步，S6中，根据所述泵站的需水量，以及调速水泵的所述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S6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：

P_1设～P_M设分别表示各级泵站的设计功率；Q_1设～Q_M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；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；X_i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调速水泵调度方法的步骤。

第三方面，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调速水泵调度方法的步骤。

本发明实施例提供的梯级泵站的调速水泵调度方法和电子设备，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调速水泵的转速，并使得所有开机的调速水泵总运行功率最低，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调速水泵调度方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的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调速水泵的工作性能曲线示意图；

图4为本发明实施例提供的调速水泵运行高效区范围示意图；

图5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，合理地确定调速水泵的转速，导致调速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调速水泵调度方法，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调速水泵的转速，并使得所有开机的调速水泵总运行功率最低，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，合理地调整调速水泵的转速的问题。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。

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。

图1为本发明实施例提供的梯级泵站的调速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，每一调速水泵在不同的特征流量下对应的特征功率、特征效率以及特征扬程；分析获得泵站中调速水泵在额定转速下，水泵的功率、效率和扬程中的每一个分别与流量之间的第一关系。

在介绍本发明实施例的梯级泵站的调速水泵调度方法之前，先对梯级泵站的相关内容作出说明：

图2为本发明实施例提供的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，对泵站中调速水泵的调度方案进行说明。为描述简洁，本发明实施例中，“水泵”即是指“调速水泵”。

调速水泵是按照一定的转速进行设计，将设计的转速称为额定转速，调速水泵在工作过程中按照额定转速运行，当运行的转速发生变化时，调速水泵的流量、扬程、功率和效率等参数都会发生变化。调速水泵是指水泵的速度可以进行精确调节。

本实施例中，特征流量、特征功率、特征效率以及特征扬程是从调速水泵工作性能曲线上得到的。特征流量、特征功率、特征效率以及特征扬程均是工作性能曲线上的特征点。可选的，调速水泵可以是离心泵。

S2，获得调速水泵的工作性能曲线，并基于所述工作性能曲线，结合流量与转速成一次方关系、扬程与转速成二次方关系以及电机轴功率与转速成三次方关系，获得调速水泵在最小转速下功率、效率和扬程中的每一个分别与流量之间的第二关系。

表1

表1为一种调速水泵的工作性能表，图3为本发明实施例提供的调速水泵的工作性能曲线示意图。图3中，N为功率；Q为流量；η为效率；H为扬程。本实施例中，基于调速水泵的工作性能曲线，结合流量与转速成一次方关系、扬程与转速成二次方关系以及电机轴功率与转速成三次方关系，能够拟合得到调速水泵在额定转速下功率、效率和扬程各自与流量之间的关系，以及调速水泵在最小转速下功率、效率和扬程各自与流量之间的关系。能够理解的是，在本申请实施例中，以型号SD800-670AX的水泵进行了列举，其它型号的水泵依旧能够使用本申请实施例中所描述的方式，本申请实施例对此不作限制。

S3，根据所述第一关系和所述第二关系，分析获得调速水泵运行的高效区范围。

在一种可选的实施方式中，S2可以通过以下方式实现：

首先，分别选定调速水泵在额定转速和最低转速下工作的高效区段；其中，所述高效区段为水泵效率在80％及以上的区段；

接着，作出调速水泵各个转速下在Q～H曲线上等效率点的连线，效率点的连线是一条通过原点的二次抛物线，其表达式为H＝kQ²；其中，Q为流量；H为扬程；k为常数。

进一步，在额定转速下扬程与流量的关系曲线、最低转速下扬程与流量的关系曲线、最高效率曲线、80％效率曲线围成的曲面四边形即为水泵运行的高效区范围。图4为本发明实施例提供的调速水泵运行高效区范围示意图，图4中，曲线(1)为额定转速下扬程与流量的关系曲线，曲线(2)为最低转速下扬程与流量的关系曲线；曲线(3)为调速水泵的最高效率曲线；曲线(4)为调速水泵的80％效率曲线。

S4，根据调速水泵运行的高效区范围，获得调速水泵的流量与转速之间的关系。具体地，根据调速水泵运行的高效区范围，能够获得离心泵的流量与转速之间的关系，进而得到满足泵站需水量的条件下，每台调速水泵的运行转速。

S5，根据调速水泵运行的高效区范围和泵站所需扬程，确定泵站所需扬程对应的最大流量和最小流量。

S6，根据所述泵站的需水量，以及调速水泵的所述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开机流量。

在执行步骤S6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S6，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4，最大开机数为8，则可开机台数可以是4到8之间的任一整数。

进一步的，可以通过需水量除以开机台数，获得每一开机台数对应的水泵流量。本实施例中，每一开机台数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。

S7，根据不同开机台数分别对应的开机流量，以及S1中得到的功率与流量之间的关系，获得不同开机台数分别对应的运行功率。

S8，计算不同开机台数分别对应的调速水泵总运行功率，获得调速水泵总运行功率最小时的目标开机台数。

例如，获得的可开机台数为4、5或6，则分别获得当前扬程下，与可开机台数为4、5或6对应的运行功率N1、N2以及N3，如果4*N1大于5*N2，且5*N2大于6*N3时，确定最优开机台数为6。

S9，根据泵站的需水量和目标开机台数计算获得每台调速水泵的目标开机流量；进而获得目标开机流量对应的目标转速和目标运行功率。

本实施例中，通过泵站的需水量除以目标开机台数，获得每台水泵的目标开机流量。结合S1中得到的功率与流量的关系以及S6得到的不同开机台数分别对应的运行功率，获得目标开机流量对应的目标转速和目标运行功率。

本发明实施例通过上述方法，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调速水泵的转速，并使得所有开机的调速水泵总运行功率最低，减小了系统功耗。

在上述实施例的基础上，在S9获得每台调速水泵的目标运行功率之后，梯级泵站的调速水泵调度方法还包括：

根据水泵的目标运行功率及其对应的目标开机台数，获得所述泵站的运行费用。

具体地，S8中得到了调速水泵总运行功率最小时的目标开机台数。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S6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；

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。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：

P_1设～P_M设分别表示各级泵站的设计功率；Q_1设～Q_M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；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；X_i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P_1设～P_M设分别表示各级泵站的设计功率；Q_1设～Q_M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；P_q设表示第q级泵站的设计功率；X_q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5示例了一种电子设备结构示意图，如图5所示，该服务器可以包括：处理器(processor)501、通信接口(Communications Interface)502、存储器(memory)503和通信总线504，其中，处理器501，通信接口502，存储器503通过通信总线504完成相互间的通信。处理器501可以调用存储器503中的逻辑指令，以执行如下方法：

S1，获得梯级泵站的任一级泵站中，每一调速水泵在不同的特征流量下对应的特征功率、特征效率以及特征扬程；分析获得泵站中调速水泵在额定转速下，水泵的功率、效率和扬程中的每一个分别与流量之间的第一关系；

S2，获得调速水泵的工作性能曲线，并基于所述工作性能曲线，结合流量与转速成一次方关系、扬程与转速成二次方关系以及电机轴功率与转速成三次方关系，获得调速水泵在最小转速下功率、效率和扬程中的每一个分别与流量之间的第二关系；

S3，根据所述第一关系和所述第二关系，分析获得调速水泵运行的高效区范围；

S4，根据调速水泵运行的高效区范围，获得调速水泵的流量与转速之间的关系；

S5，根据调速水泵运行的高效区范围和泵站所需扬程，确定泵站所需扬程对应的最大流量和最小流量；

S6，根据所述泵站的需水量，以及调速水泵的所述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开机流量；

S7，根据不同开机台数分别对应的开机流量，以及S1中得到的功率与流量之间的关系，获得不同开机台数分别对应的运行功率；

S8，计算不同开机台数分别对应的调速水泵总运行功率，获得调速水泵总运行功率最小时的目标开机台数。

S9，根据泵站的需水量和目标开机台数计算获得每台调速水泵的目标开机流量；进而获得目标开机流量对应的目标转速和目标运行功率。

可以理解地，电子设备的处理器501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：

S1，获得梯级泵站的任一级泵站中，每一调速水泵在不同的特征流量下对应的特征功率、特征效率以及特征扬程；分析获得泵站中调速水泵在额定转速下，水泵的功率、效率和扬程中的每一个分别与流量之间的第一关系；

S2，获得调速水泵的工作性能曲线，并基于所述工作性能曲线，结合流量与转速成一次方关系、扬程与转速成二次方关系以及电机轴功率与转速成三次方关系，获得调速水泵在最小转速下功率、效率和扬程中的每一个分别与流量之间的第二关系；

S3，根据所述第一关系和所述第二关系，分析获得调速水泵运行的高效区范围；

S4，根据调速水泵运行的高效区范围，获得调速水泵的流量与转速之间的关系；

S5，根据调速水泵运行的高效区范围和泵站所需扬程，确定泵站所需扬程对应的最大流量和最小流量；

S6，根据所述泵站的需水量，以及调速水泵的所述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开机流量；

S7，根据不同开机台数分别对应的开机流量，以及S1中得到的功率与流量之间的关系，获得不同开机台数分别对应的运行功率；

S8，计算不同开机台数分别对应的调速水泵总运行功率，获得调速水泵总运行功率最小时的目标开机台数；

S9，根据泵站的需水量和目标开机台数计算，获得每台调速水泵的目标开机流量，并获得目标开机流量对应的目标转速和目标运行功率。

综上所述，本发明实施例提供的梯级泵站的调速水泵调度方法和电子设备，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调速水泵的转速，并使得所有开机的调速水泵总运行功率最低，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 (6)

1.一种梯级泵站的调速水泵调度方法，其特征在于，包括：

S1，获得梯级泵站的任一级泵站中，每一调速水泵在不同的特征流量下对应的特征功率、特征效率以及特征扬程；分析获得泵站中调速水泵在额定转速下，水泵的功率、效率和扬程中的每一个分别与流量之间的第一关系；

S2，获得调速水泵的工作性能曲线，并基于所述工作性能曲线，结合流量与转速成一次方关系、扬程与转速成二次方关系以及电机轴功率与转速成三次方关系，获得调速水泵在最小转速下功率、效率和扬程中的每一个分别与流量之间的第二关系；

S3，根据所述第一关系和所述第二关系，分析获得调速水泵运行的高效区范围；

S4，根据调速水泵运行的高效区范围，获得调速水泵的流量与转速之间的关系；

S5，根据调速水泵运行的高效区范围和泵站所需扬程，确定泵站所需扬程对应的最大流量和最小流量；

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；S100包括S101-S107，其中：

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：

P_1设～P_M设分别表示各级泵站的设计功率；Q_1设～Q_M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，泵站的目标流量是指泵站的需水量；

S6，根据所述泵站的需水量，以及调速水泵的所述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开机流量；

S7，根据不同开机台数分别对应的开机流量，以及S1中得到的功率与流量之间的关系，获得不同开机台数分别对应的运行功率；

S8，计算不同开机台数分别对应的调速水泵总运行功率，获得调速水泵总运行功率最小时的目标开机台数；

S9，根据泵站的需水量和目标开机台数计算，获得每台调速水泵的目标开机流量，并获得目标开机流量对应的目标转速和目标运行功率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S3中，所述根据所述第一关系和所述第二关系，分析获得调速水泵运行的高效区范围，包括：

分别选定调速水泵在额定转速和最低转速下工作的高效区段；其中，所述高效区段为水泵效率在80％及以上的区段；

作出调速水泵各个转速下在Q～H曲线上等效率点的连线，效率点的连线是一条通过原点的二次抛物线，其表达式为H＝kQ²；其中，Q为流量；H为扬程；k为常数；

在额定转速下扬程与流量的关系曲线、最低转速下扬程与流量的关系曲线、最高效率曲线、80％效率曲线围成的曲面四边形即为水泵运行的高效区范围。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S6中，所述根据所述泵站的需水量，以及调速水泵的所述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，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；X_i为第i级泵站的目标流量。

5.一种电子设备，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4任一项所述梯级泵站的调速水泵调度方法的步骤。

6.一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4任一项所述梯级泵站的调速水泵调度方法的步骤。

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