CN113309186A - 一种净水厂清水池水位管理节能控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种净水厂清水池水位管理节能控制方法及系统，包括：获取净水厂清水池水位历史运行数据，通过分析所述历史运行数据，预测所述净水厂各工艺环节出厂水量的信息，按照所述净水厂各工艺环节出厂水量的预测信息，分析厂区内原水输水管段的取水量特征信息；基于所述原水输水管段的取水量特征信息，确定使净水厂的取水泵组与送水泵组的运行总功率最小情形下的启停与运行频率的约束函数，以获得满足净水厂清水池供水需求条件下的最优水泵控制方案。本发明通过调节原水取水泵房的泵组启停，保证清水池的水位长时间维持在较高水位范围内，以此降低送水泵房泵组的实际运行扬程，降低泵组的实际运行功率和送水泵房的能耗，达到净水厂节能的目的。

Description

一种净水厂清水池水位管理节能控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种净水厂清水池水位管理节能控制方法及系统。
背景技术
净水厂是城乡供水系统的重要单元，具有高耗能的特点。在净水厂各工艺环节中，水泵机组消耗的电能可高达整个水厂的90％。因此，降低水泵机组的能耗，对于净水厂生产成本控制、能源节约和绿色发展均具有重要意义。
目前，在净水厂能效管理领域，主要运用的技术包括：①采用高效水泵机组，从提高设备额定效率角度实现节能效果；②采用变频装置优化水泵运行工况，从调整运行工况至水泵高效区的方式实现节能效果。以上方法均从单一的能耗单元出发，没有结合净水厂各段工艺流程综合考虑。
以上两种方法均以提升水泵运行效率的手段来实现水泵机组总电耗的下降。此外，这两种方法都着眼于取水泵组或送水泵组这样的单一工艺环节，没有将整个净水厂的工艺流程结合分析，对于实现净水厂整体的节能降耗有一定局限性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种净水厂清水池水位管理节能控制方法及系统，解决净水厂中，送水系统采用水泵电机技改和变频装置的运行方法节能范围单一的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种净水厂清水池水位管理节能控制方法，其特征在于，包括：
获取净水厂清水池水位历史运行数据，通过分析所述历史运行数据，预测所述净水厂各工艺环节出厂水量的信息，按照所述净水厂各工艺环节出厂水量的预测信息，分析厂区内原水输水管段的取水量特征信息；
基于所述原水输水管段的取水量特征信息，确定使净水厂的取水泵组与送水泵组的运行总功率最小情形下的启停与运行频率的约束函数，以获得满足净水厂清水池供水需求条件下的最优水泵控制方案。
进一步地，所述获取净水厂清水池水位历史运行数据包括：根据净水厂各工艺单元对处理水量的限制范围，确定所述工艺单元所能承载的最大流量负荷。
进一步地，预测所述净水厂各工艺环节出厂水量的信息，包括：
根据用户管网对送水泵房的水量和压力要求，调节原水取水泵房的泵组启停，确定配水井、絮凝段、沉淀段和过滤段的水流停留时间。
进一步地，确定使净水厂的取水泵组与送水泵组的运行总功率最小情形下的启停与运行频率的约束函数，包括：
根据实测单台水泵在一定频率下运行时的取/送水流量、进出口压力差和实际耗用的功率，确定该取/送水泵组的性能曲线。
进一步地，还包括通过拟合确定扬程与流量、功率与流量的关系式。
本发明的另一目的在于提供一种净水厂清水池水位管理节能控制系统，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取净水厂清水池水位历史运行数据，通过分析所述历史运行数据，预测所述净水厂各工艺环节出厂水量的信息，按照所述净水厂各工艺环节出厂水量的预测信息，分析厂区内原水输水管段的取水量特征信息；
确定单元，基于所述原水输水管段的取水量特征信息，确定使净水厂的取水泵组与送水泵组的运行总功率最小情形下的启停与运行频率的约束函数，以获得满足净水厂清水池供水需求条件下的最优水泵控制方案。
进一步地，所述获取单元包括设置模块，用于根据净水厂各工艺单元对处理水量的限制范围，确定所述工艺单元所能承载的最大流量负荷。
进一步地，所述获取单元包括预测模块，用于：
根据用户管网对送水泵房的水量和压力要求，调节原水取水泵房的泵组启停，确定配水井、絮凝段、沉淀段和过滤段的水流停留时间。
进一步地，所述确定单元包括解算模块，用于：
根据实测单台水泵在一定频率下运行时的取/送水流量、进出口压力差和实际耗用的功率，确定该取/送水泵组的性能曲线。
进一步地，所述解算模块连接拟合模块，用于通过拟合确定扬程与流量、功率与流量的关系式。
本发明的有益效果为：
实现简单，包括：获取净水厂清水池水位历史运行数据，通过分析所述历史运行数据，预测所述净水厂各工艺环节出厂水量的信息，按照所述净水厂各工艺环节出厂水量的预测信息，分析厂区内原水输水管段的取水量特征信息；基于所述原水输水管段的取水量特征信息，确定使净水厂的取水泵组与送水泵组的运行总功率最小情形下的启停与运行频率的约束函数，以获得满足净水厂清水池供水需求条件下的最优水泵控制方案。在满足用户管网对送水泵房的水量和压力要求的前提下，在各工艺单元水量限制范围内，通过调节原水取水泵房的泵组启停，保证清水池的水位长时间维持在较高水位范围内，以此降低送水泵房泵组的实际运行扬程，降低泵组的实际运行功率，进而降低送水泵房的能耗，达到净水厂节能的目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本发明的净水厂清水池水位管理节能控制方法的流程图。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
请参照图1，本发明的一种净水厂清水池水位管理节能控制方法，包括：
步骤S101，获取净水厂清水池水位历史运行数据，通过分析所述历史运行数据，预测所述净水厂各工艺环节出厂水量的信息，按照所述净水厂各工艺环节出厂水量的预测信息，分析厂区内原水输水管段的取水量特征信息；
步骤S102，基于所述原水输水管段的取水量特征信息，确定使净水厂的取水泵组与送水泵组的运行总功率最小情形下的启停与运行频率的约束函数，以获得满足净水厂清水池供水需求条件下的最优水泵控制方案。
在本申请的一种实施例中，具体地，所述获取净水厂清水池水位历史运行数据包括：根据净水厂各工艺单元对处理水量的限制范围，确定所述工艺单元所能承载的最大流量负荷。
在本申请的一种实施例中，具体地，预测所述净水厂各工艺环节出厂水量的信息，包括：
根据用户管网对送水泵房的水量和压力要求，调节原水取水泵房的泵组启停，确定配水井、絮凝段、沉淀段和过滤段的水流停留时间。
在本申请的一种实施例中，具体地，确定使净水厂的取水泵组与送水泵组的运行总功率最小情形下的启停与运行频率的约束函数，包括：
根据实测单台水泵在一定频率下运行时的取/送水流量、进出口压力差和实际耗用的功率，确定该取/送水泵组的性能曲线。
在本申请的一种实施例中，具体地，还包括通过拟合确定扬程与流量、功率与流量的关系式。
本发明的另一目的在于提供一种净水厂清水池水位管理节能控制系统，包括：
获取单元，用于获取净水厂清水池水位历史运行数据，通过分析所述历史运行数据，预测所述净水厂各工艺环节出厂水量的信息，按照所述净水厂各工艺环节出厂水量的预测信息，分析厂区内原水输水管段的取水量特征信息；
确定单元，基于所述原水输水管段的取水量特征信息，确定使净水厂的取水泵组与送水泵组的运行总功率最小情形下的启停与运行频率的约束函数，以获得满足净水厂清水池供水需求条件下的最优水泵控制方案。
在本申请的一种实施例中，具体地，所述获取单元包括设置模块，用于根据净水厂各工艺单元对处理水量的限制范围，确定所述工艺单元所能承载的最大流量负荷。
在本申请的一种实施例中，具体地，所述获取单元包括预测模块，用于：
根据用户管网对送水泵房的水量和压力要求，调节原水取水泵房的泵组启停，确定配水井、絮凝段、沉淀段和过滤段的水流停留时间。
在本申请的一种实施例中，具体地，所述确定单元包括解算模块，用于：
根据实测单台水泵在一定频率下运行时的取/送水流量、进出口压力差和实际耗用的功率，确定该取/送水泵组的性能曲线。
在本申请的一种实施例中，具体地，所述解算模块连接拟合模块，用于通过拟合确定扬程与流量、功率与流量的关系式。
作为具体地实施例，本发明的净水厂清水池水位管理节能控制方法包括：
步骤一：确定净水厂基础参数。
根据净水厂设计建设资料，确定现行工艺中各段能承载的最大流量负荷。
根据原水输水管管径和长度，根据厂区内工艺管道和工艺设施的参数，综合建立输水时间与流量的关系。
其中，原水输水管段输水时间确定方法为：
原水输水管段过流面积，其中Di为管道内径：
Figure BDA0003092198800000061
原水输水管段过流时间，其中Li为管道长度
trw＝∑LiArw，i/Qrw
根据厂区内各工艺段的设计资料，确定配水井、絮凝段、沉淀段和过滤段的停留时间分别为twpd,1、twpd,2、twpd,3和twpd,4，则厂区内设计规模下水流的停留时间可以简化认为等于：
Figure BDA0003092198800000071
实际运行条件下厂区内过流时间为twp，其中Qrw为实际取水量，Qrw，d为设计规模下的取水量：
Figure BDA0003092198800000072
综合建立输水时间与流量的关系：△t＝t(Q)
Figure BDA0003092198800000073
根据历史运行数据，确定反冲洗等自用耗水工艺的时间tsc和耗用水流量Qsc。
步骤二：建立现有取水泵、送水泵水量、扬程与功率的关系。
根据实测单台水泵在50Hz频率下运行时的取/送水流量、进出口压力差和实际耗用的功率，确定该取/送水泵的性能曲线，并通过拟合确定扬程与流量、功率与流量的关系式。若无单台水泵的实测效率，则根据水泵厂家提供的性能曲线进行关系式拟合。拟合可采用二次项式拟合方法，得到扬程H与流量Q、功率P与流量Q分别的关系如下：
H＝h(Q)＝ahQ2+bhQ+ch
P＝p(Q)＝apQ2+bpQ+cp
结合该台水泵的变频器安装情况，根据水泵扬程比例、功率比例与频率比例的关系，确定变频水泵扬程与频率和流量、功率与频率和流量的关系式，其中α为运行频率与额定频率的比例。
Figure BDA0003092198800000081
Figure BDA0003092198800000082
本发明与采用高效水泵和电机的现有方案相比，优点是：本方法在实施过程中仅基于现有设备进行运行调控的优化，不需要对现有设备进行重置，节约了设备重置更新的成本。
本发明与采用变频装置，通过频率变化调整对应的水泵高效区间，使水泵运行工况与水泵最优效率点接近的现有方案相比，优点是：本方法在变频提高设备效率的同时，通过保持清水池高水位运行，降低了送水泵组的扬程，降低了送水泵组的有效功率；从降低送水泵扬程和提高泵组组合效率两个方面对能效进行管理，综合节省了电耗。
本发明的有益效果为：
实现简单，包括：获取净水厂清水池水位历史运行数据，通过分析所述历史运行数据，预测所述净水厂各工艺环节出厂水量的信息，按照所述净水厂各工艺环节出厂水量的预测信息，分析厂区内原水输水管段的取水量特征信息；基于所述原水输水管段的取水量特征信息，确定使净水厂的取水泵组与送水泵组的运行总功率最小情形下的启停与运行频率的约束函数，以获得满足净水厂清水池供水需求条件下的最优水泵控制方案。在满足用户管网对送水泵房的水量和压力要求的前提下，在各工艺单元水量限制范围内，通过调节原水取水泵房的泵组启停，保证清水池的水位长时间维持在较高水位范围内，以此降低送水泵房泵组的实际运行扬程，降低泵组的实际运行功率，进而降低送水泵房的能耗，达到净水厂节能的目的。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种净水厂清水池水位管理节能控制方法，其特征在于，
获取净水厂清水池水位历史运行数据，通过分析所述历史运行数据，预测所述净水厂各工艺环节出厂水量的信息，按照所述净水厂各工艺环节出厂水量的预测信息，分析厂区内原水输水管段的取水量特征信息；
基于所述原水输水管段的取水量特征信息，确定使净水厂的取水泵组与送水泵组的运行总功率最小情形下的启停与运行频率的约束函数，以获得满足净水厂清水池供水需求条件下的最优水泵控制方案。
2.根据权利要求1所述的净水厂清水池水位管理节能控制方法，其特征在于，所述获取净水厂清水池水位历史运行数据包括：根据净水厂各工艺单元对处理水量的限制范围，确定所述工艺单元所能承载的最大流量负荷。
3.根据权利要求1所述的净水厂清水池水位管理节能控制方法，其特征在于，预测所述净水厂各工艺环节出厂水量的信息，包括：
根据用户管网对送水泵房的水量和压力要求，调节原水取水泵房的泵组启停，确定配水井、絮凝段、沉淀段和过滤段的水流停留时间。
4.根据权利要求1所述的净水厂清水池水位管理节能控制方法，其特征在于，确定使净水厂的取水泵组与送水泵组的运行总功率最小情形下的启停与运行频率的约束函数，包括：
根据实测单台水泵在一定频率下运行时的取/送水流量、进出口压力差和实际耗用的功率，确定该取/送水泵组的性能曲线。
5.根据权利要求4所述的净水厂清水池水位管理节能控制方法，其特征在于，还包括通过拟合确定扬程与流量、功率与流量的关系式。
6.一种净水厂清水池水位管理节能控制系统，其特征在于，
获取单元，用于获取净水厂清水池水位历史运行数据，通过分析所述历史运行数据，预测所述净水厂各工艺环节出厂水量的信息，按照所述净水厂各工艺环节出厂水量的预测信息，分析厂区内原水输水管段的取水量特征信息；
确定单元，基于所述原水输水管段的取水量特征信息，确定使净水厂的取水泵组与送水泵组的运行总功率最小情形下的启停与运行频率的约束函数，以获得满足净水厂清水池供水需求条件下的最优水泵控制方案。
7.根据权利要求6所述的净水厂清水池水位管理节能控制系统，其特征在于，所述获取单元包括设置模块，用于根据净水厂各工艺单元对处理水量的限制范围，确定所述工艺单元所能承载的最大流量负荷。
8.根据权利要求6所述的净水厂清水池水位管理节能控制系统，其特征在于，所述获取单元包括预测模块，用于：
根据用户管网对送水泵房的水量和压力要求，调节原水取水泵房的泵组启停，确定配水井、絮凝段、沉淀段和过滤段的水流停留时间。
9.根据权利要求6所述的净水厂清水池水位管理节能控制系统，其特征在于，所述确定单元包括解算模块，用于：
根据实测单台水泵在一定频率下运行时的取/送水流量、进出口压力差和实际耗用的功率，确定该取/送水泵组的性能曲线。
10.根据权利要求9所述的净水厂清水池水位管理节能控制系统，其特征在于，所述解算模块连接拟合模块，用于通过拟合确定扬程与流量、功率与流量的关系式。
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