CN113944636A - 多泵控制系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种多泵控制系统(5)，包括：控制模块(7)、处理模块(9)、通信接口(11)，以及存储模块(13)，其中，控制模块(7)被配置为被配置为改变多泵系统(3)的运行泵的数量n，通信接口(11)被配置为在运行泵的数量n的至少两次不同的改变之前和之后，接收指示n个运行泵中的至少一个的功耗P的信号和关于n个运行泵中的至少一个的速度ω的信息，处理模块(9)被配置为在运行泵的数量n的至少两次不同的改变之前和之后，在不测量压差Δp或流量Q的情况下确定至少两个近似的泵特性Pn和
其中，近似的泵特性Pn和
中的每一个由参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)明确地限定，该存储模块(13)被配置为存储所确定的近似的泵特性Pn和
中的每一个的参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)。
Description
技术领域
本公开大体上涉及用于多个泵(特别是例如作为增压泵系统的一部分的多个速度受控的离心泵)的控制系统和控制方法。这样的多个泵可以在供水网络的泵站中使用，或用于高层建筑中的增压。
背景技术
通常，供水网络的泵站可以包括多个彼此并行安装的相同或不同的泵，以提供所需的流体流量Q和/或压头Δp(压差)。控制系统的总体目标是尽可能高效能地操作这种多泵系统。为此，控制系统通常能够设置运行泵的数量和运行泵应当操作的速度。
例如，US7,480,544B2描述了并行耦接的高效能恒压流体输送机器的系统，用于供应具有已知节点和管段的管道系统。
US2003/0235492A1涉及一种用于对并行或串行操作的多个泵进行自动控制的方法和设备。
US2015/0148972A1描述了一种用于以最少的能耗操作具有确定数量的泵的多个离心泵的装置和方法。
所有已知的控制系统或方法都需要所存储的由泵制造商提供的泵特性的先验知识。然而，由于制造公差、磨损和/或结垢，实际的当前泵特性可能与控制逻辑中存储的信息不同。泵特性可能随着时间而改变。
EP3428452A1描述了一种通过运行数个配置周期(cycle)来找到用于操作多泵系统的最佳泵子集的方案。但是，运行数个配置周期占用大量时间，并且通常需要测量和监测压差Δp。
因此，本公开的目的是提供一种多泵控制系统，其能够更快速地确定特定负载点范围内运行泵的节能数量，而无需存储的泵特性的先验知识也无需测量并监测压差Δp或流量Q。
发明内容
与已知的多泵控制系统相比，本公开的实施例提供了一种用以解决上述问题的控制系统和方法。
根据本公开的第一方面，提供了一种多泵控制系统，包括：
-控制模块，
-处理模块，
-通信接口，以及
-存储模块，
其中，该控制模块被配置为改变多泵系统的运行泵的数量n，其中，该通信接口被配置为在运行泵的数量n的至少两次不同的改变之前和之后，接收指示n个运行泵中的至少一个的功耗P的信号和关于n个运行泵中的至少一个的速度ω的信息，其中，该处理模块被配置为在运行泵的数量n的至少两次不同的改变之前和之后，在不测量压差Δp或流量Q的情况下确定至少两个近似的泵特性Pn和
其中，近似的泵特性Pn和
中的每一个由参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)明确限定，其中，该存储模块被配置为存储所确定的近似的泵特性Pn和
中的每一个的参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)。
多泵系统的出口压力通常是已知的或被控制为设定值，但入口压力通常是未知的，因此入口压力和出口压力之间的压差Δp通常未知。然而，所述多泵控制系统能够快速确定特定负载点范围内节能的运行泵数量，而无需测量并监测压差Δp。也不需要流量计来测量流量Q。优选地，可以认为多泵系统的所有泵在类型、尺寸和性能上是相同的。多泵系统可以包括两个或更多个的任意数量的泵。
优选地，测量n个运行泵中的至少一个的当前功耗P并将其以指示当前消耗的功率P的信号的形式提供给控制模块。控制模块可以接收绝对值或相对值形式的关于至少一个运行泵的当前速度ω的信息，该当前速度ω可以是测得的速度值或设定的速度值。例如，速度信息可以提供为最大泵速的百分比。
优选地，该处理模块可以被配置为使用缩放后的流量
和缩放后的压差
来获得参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)。请注意，变量上方的波浪号“～”在本文表示该变量被缩放。优选地，缩放后的流量
和缩放后的压差
以实现归一化的方式被缩放，这减少到所述参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)的参数数量。
优选地，每个泵的速度由作为该泵的一部分或连接到该泵的变频控制器(VFC)模块控制，其中，至少一个传感器提供控制信号作为多泵系统的闭环控制中的反馈值，以便以一定的速度运行一定数量的泵以建立稳定的目标性能。例如，稳定的目标出口压力可以通过接收由出口压力传感器测得的出口压力并在闭环压力控制中控制多泵系统来建立。替代地或附加地，多泵系统可用于通过使用来自温度传感器的温度反馈来建立稳定的目标温度。
优选地，可以假设当所有运行泵以同一速度运行时，一定数量的相同的运行泵以总体最小的能耗运行。优选地，多泵控制系统能够通过将n个运行泵的实际总功耗Pn与m个运行泵的先前预测的总功耗
进行比较来决定最节能的运行泵数量。如果
则运行泵的数量从n变为m。实际总功耗Pn＝nP，其中，P为一个运行泵的实际功耗，可以是由运行泵的一个或多个VFC提供的实际值。
可选地，为了确定或更新参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)，运行泵的数量n的至少两次不同的改变在如下方面可以彼此不同：相应的改变之前和之后运行泵的数量n，和/或相应的改变期间的负载点，其中，负载点由n个运行泵中的至少一个的速度ω和/或功耗P确定。
可选地，近似的泵特性Pn和
可以由公式
和
限定，其中，
表示缩放后的近似流量，其中，bP为缩放因子，θ1、θ2表示第一所述参数对，θ3、θ4表示第二所述参数对。优选地，bP用作归一化因子，用于将近似泵特性中的一个所需的参数数量从三个减少到两个。
可选地，该处理模块可以被配置为确定如下这些参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)：针对这些参数对，运行泵的数量从n改变为m之后m个运行泵的实际总功耗Pm和先前预测的总功耗
之间的差是最小的。用于未来运行m个泵的预测的功耗
可以是当前运行n个泵的当前功耗Pn、当前泵速ωn、运行泵的当前数量n和在启动/切断运行泵之后的运行泵的未来数量m的函数。在本文描述的控制方法和系统的某些实施例中，预测函数fθ可以是由神经网络或另一多变量分析定义的映射。fθ的优选实现方式可以基于限定泵特性Pn和
的先前确定的参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)。然而，预测函数fθ可考虑更多参数以提供预测的总功耗
可选地，该控制模块可以被配置为操作具有速度为ωn的n个运行泵的多泵系统，如果速度ωn介于n个运行泵的预定最大速度和预定最小速度之间，该多泵系统在所需的负载点处具有最小总功耗Pn。
可选地，该处理模块可以被配置为在存储参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)之前验证参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)，其中，如果参数满足预定的有效性标准，则参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)是有效的。
可选地，该处理模块可以被配置为在至少一个泵的加速/减速期间验证参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)。
可选地，该处理模块可以被配置为在存储参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)之前验证参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)，其中，如果在运行泵的数量从n改变为m后m个运行泵的实际总功耗Pm在先前预测的总功耗
的范围内，则参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)是有效的。
可选地，该处理模块可以被配置为在至少一个泵开始/停止对总流量Q做出贡献之前在该泵的加速/减速期间确定至少一个参数
可选地，该处理模块可以被配置为仅当至少一个参数
在至少一个泵的加速/减速期间显著地改变时才验证参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)。
可选地，该处理模块可以被配置为定期地、周期性地或不定期地更新参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)。
可选的，该通信接口可以被配置为如果实际总功耗Pn满足公式Pn≤θ1ωn 3α，则触发无流量警报，其中，α限定警报阈值。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于控制多泵系统的方法，该方法包括以下步骤：
-改变多泵系统的运行泵的数量n，
-在运行泵的数量n的至少两次不同的改变之前和之后，接收关于n个运行泵中的至少一个的速度ω的信息和指示n个运行泵中的至少一个的功耗P的信号，
-在运行泵的数量n的至少两次不同的改变之前和之后，在不测量压差Δp或流量Q的情况下确定至少两个近似的泵特性Pn和
其中，近似的泵特性Pn和
中的每一个由参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)明确限定，以及
-存储所确定的近似的泵特性Pn和
中的每一个的参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)。
可选地，运行泵的数量n的至少两次不同的改变可以在如下方面彼此不同：相应的改变之前和之后运行泵的数量n，和/或相应的改变期间的负载点，其中，负载点由n个运行泵中的至少一个的速度ω功耗和/或P确定。
优选地，可以使用缩放后的流量
和缩放后的压差
获得近似的泵特性Pn和
的重新参数化，其中，既不测量、确定或估计实际流量Q也不测量、确定或估计实际的压差Δp。
可选地，近似的泵特性Pn和
可以由公式
和
限定，其中，
表示缩放后的近似流量，其中，bP为缩放因子，其中，θ1、θ2表示第一所述参数对，θ3、θ4表示第二所述参数对。
可选地，该方法还可以包括确定如下参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)的步骤：针对这些参数对，运行泵的数量从n改变为m之后m个运行泵的实际总功耗Pm和先前预测的总功耗
之间的差是最小的。
可选地，该方法还可以包括以下步骤：操作具有速度为ωn的n个运行泵的多泵系统，如果速度ωn介于n个运行泵的预定最大速度和预定最小速度之间，该多泵系统在所需的负载点处具有最小总功耗Pn。
可选地，该方法还可以包括以下步骤：在存储参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)之前验证参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)，其中，如果参数满足预定的有效性标准，则参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)是有效的。
可选地，可以在至少一个泵的加速/减速期间验证参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)。
可选地，该方法还可以包括以下步骤：在存储参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)之前验证参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)，其中，如果在运行泵的数量从n改变为m后m个运行泵的实际总功耗Pm在先前预测的总功耗
的范围内，则参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)是有效的。
可选地，该方法还可以包括以下步骤：在至少一个泵开始/停止对总流量Q做出贡献之前在至少一个泵的加速/减速期间确定至少一个参数
可选地，该方法还可以包括以下步骤：仅当至少一个参数
i在至少一个泵的加速/减速期间显著地改变时才验证参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)。
可选地，该方法还可以包括以下步骤：定期地、周期性地或不定期地更新参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)。
可选地，该方法还可以包括以下步骤：如果实际总功耗Pn满足公式Pn≤θ1ωn 3α，则触发无流量警报，其中，α限定警报阈值。
根据本公开的另一方面，提供了一种具有用于执行上述方法的指令的计算机可读介质。
上述方法可以以已编译或未编译软件代码的形式实现，已编译或未编译软件代码存储在计算机可读介质上，具有用于执行该方法的指令。替代地或附加地，该方法可以由基于云的系统中的软件执行，即控制系统的一个或多个模块，特别是处理模块可以在基于云的系统中实现。
附图说明
现在将参考以下附图通过示例的方式描述本公开的实施例，其中：
图1示意性地示出了由根据本公开的多泵控制系统的示例控制的多泵系统供应的流体供应网络；
图2示出了操作具有一个、两个或三个运行泵的多泵系统的理论PQ图，其中，出口压力被控制为恒定的，且假设入口压力为恒定的；
图3示意性地示出了根据本公开的控制方法的控制方案的两个示例；
图4示出了参数θ1和功耗P随时间t的变化，参数θ1和功耗P以任意作为泵速ω(最大速度的百分比)的函数为单位；
图5示出了在最大泵速的约束下以一个或两个泵操作多泵系统的理论PQ图；以及
图6示意性地示出了根据本公开的控制方法的逐步控制方案的其它示例。
具体实施方式
图1示出了由具有三个泵3a、3b、3c的多泵系统3供应的流体网络1。例如，流体网络1可以是加热或冷却循环。流体网络1不必是闭合回路循环。流体网络1可以包括两个储液器，其中，多泵系统3被安装用以将流体(例如，水)从一个储液器泵送到另一个储液器。在该示例中，多泵系统3的泵3a、3b、3c并行安装。该示例的泵3a、3b、3c也具有相同的标称类型和尺寸。对于泵3a、3b、3c中的每一个，存在布置在流体网络1中的关联阀4a、4b、4c以防止通过非运行泵的回流。这种多泵系统3可称为增压系统，其能够根据流体网络1中的当前流量需求提供宽范围的泵送功率。
多泵控制系统5包括控制模块7、处理模块9、通信接口11和存储模块13。多泵控制系统5与相应的泵3a、3b、3c的变频控制单元VFC1、VFC2、VFC3直接或间接、无线或有线通信连接。通信接口11被配置为经由双向通信线路15向变频控制单元VFC1、VFC2、VFC3发送信号和从变频控制单元VFC1、VFC2、VFC3接收信号。通信线路15可以是如图1所示的总线线路或控制系统5和变频控制单元VFC1、VFC2、VFC3之间的多个单独的通信线路。此外，在图1所示的实施例中，在控制系统5和出口压力传感器19之间存在信号连接17。出口压力传感器19布置在流体网络1中以测量由三个泵3a、3b、3c组成的多泵系统3的总出口压力。
处理模块9被配置为处理接收到的信号并基于接收到的信号执行计算。这些信号可以由通信接口11经由通信线路15从变频控制单元VFC1、VFC2、VFC3和/或经由信号连接17从出口压力传感器19接收。存储模块13被配置为存储处理模块9所执行的计算的结果。
控制模块7被配置为通过利用通信接口11经由双向通信线路15向变频控制单元VFC1、VFC2、VFC3发送命令来基于存储的结果控制泵3a、3b、3c的操作。应当注意，控制模块7、处理模块9、通信接口11和存储模块13可以物理地分布在控制系统5上，控制系统5优选地包括在单个控制单元(例如，计算机装置，其包括CPU、永久或临时数据存储器和网络连接)内。可替代地，模块7、9、11、13中的一些或全部可以布置在彼此信号连接的物理分离的单元中。这些模块中的两个或更多个模块可以组合成组合模块，使得可以由这样的组合模块提供不止一个模块的功能。
图2示出了针对以下三种选项总消耗功率P随着所提供的总流量Q的变化的理论图：以三个泵3a、3b、3c中的一个、两个或三个运行多泵系统3，其中，出口压力被控制为恒定的，并且假设入口压力为恒定的。在本文中，假设三个泵3a、3b、3c全都是相同的，并且只与运行泵的数量n相关，而不与是三个泵3a、3b、3c中的哪一个相关。从图2所示的示例中可以看出，如果需要小于6m3/h的流量Q，那么仅以一个泵运行多泵系统3最节能。6m3/h到11m3/h之间的流量需求优选通过运行两个泵来满足，而超过11m3/h的流量通常通过三个泵提供最节能。因此，在总功耗分别为0.95kW和1.62kW时，存在两个最佳切换点，其分别用于从单泵操作切换到双泵运行和从双泵操作切换到三泵操作。然而，图2中所示的理论模型假设已知总流量Q，在没有流量计的情况下通常不知道总流量Q。如果多泵系统3的入口压力也是未知的，也无法基于压差Δp估计总流量Q。此外，入口压力可能随时间改变，这使得当压差Δp改变为未知值时最佳切换点发生偏移。因此，需要每当入口压力变化时都自动更新“关于最佳切换点的知识”。
本公开提供了一种用于在不测量总流量Q或压差Δp的情况下快速且可靠地找到启动/切断泵的最佳切换点的方案。如果多泵系统3以m个泵而不是当前的n个运行泵运行，本文描述的控制方法和系统提供了快速且可靠的方式来预测总功耗
其中，m＝n+1或m＝n-1。可以使用预测的总功耗
以将其与实际的当前总功耗Pn进行比较，以决定以m个泵代替n个泵运行是否更节能。
可以在通用模型的基础上预测用于运行n个泵的总功耗Pn。该通用模型可以以下面的公式的形式表示：
其中，Q是通过多泵系统3的总流量，ωn是n个运行泵的速度，Δpn是n个运行泵递送的压差。此外，aP，bP，cP和ah，bh，ch是对图1中所示的多泵系统3的泵3a、3b、3c中的一个的操作性能进行建模的模型参数。现在发明构思是使用缩放来预测总功耗Pn，而与当前总流量Q所限定的当前负载点无关。因此，即使负载点(例如，由总流量Q限定)在预测之间改变，也可以连续或定期地更新模型参数。此外，缩放用于减少预测所需的模型参数的数量。例如，可以通过模型参数bP如下对总流量Q进行缩放，以使用“缩放后的流量”
重新参数化泵特性：
类似地，可以通过模型参数bP和ch对压差Δp进行如下缩放以获得“缩放后的压差”
这导致如下所示的缩放的模型参数化：
在上述缩放的模型参数化中，缩放后的流量
和缩放后的压差
为未知变量，θ1，θ2和θ3，θ4为模型参数对。因此，通过缩放，参数的数量从六个减少到四个。可以用公式表示优化问题，使得从n个运行泵改变为m个运行泵后的预测功耗
与以m个泵运行时的实际总功耗Pm之间的差最小化。该优化问题可以通过下式表示：
其中，用于在将来运行m个泵的预测功耗
是当前运行n个泵的当前功耗Pn、当前泵速ωn、当前运行泵的数量n和启动/切断泵之后的未来运行泵的数量m的函数。在本文描述的控制方法和系统的某些实施例中，fθ可以是由神经网络或另一多变量分析定义的映射。fθ的优选实现方式可以基于先前确定的泵特性，并且通过以下方程组给出。这种实现方式特别有趣，因为它只依赖于几个参数，因此收敛非常快：
一旦确定了模型参数对θ1，θ2和θ3，θ4，就可以将预测的功耗
与当前的功耗进行比较，以确定以m个泵而不是n个泵运行是否更节能。然而，模型参数对θ1，θ2和θ3，θ4可能随时间改变(例如由于入口压力的变化)，因此可能需要连续或定期地进行更新模型参数对θ1，θ2和θ3，θ4。由于函数
和
对于模型参数对θ1，θ2和θ3，θ4是非线性的，因此上述优化问题可能难以求解。在下文中，控制方案被描述为有助于快速且可靠地更新模型参数对θ1，θ2和θ3，θ4的示例。
图3示出用于控制多泵系统3的两种控制方案A、B。根据左手侧的方案A，连续地确定和更新模型参数对θ1，θ2和θ3，θ4，而根据右手侧的方案B，明确需要估计模式来更新模型参数对θ1，θ2和θ3，θ4。在方案A、B两者中，多泵控制系统5可以选择性地以普通的基于速度的模式和功率优化模式运行。普通的基于速度的模式可能具有固定定义的用于启动/切断泵的负载点，例如在85％的速度时启动泵，并且在60％的速度时切断泵。然而，这些负载点可能不是改变运行泵的数量的最节能负载点。然而，在基于速度的模式期间，可以确定模型参数对θ1，θ2和θ3，θ4以允许切换到功率优化模式。
为了决定何时切换到功率优化模式更好，优选的是在将参数对θ1，θ2和θ3，θ4存储在存储模块13之前对其进行验证。例如，如果参数满足预定的有效性标准(例如，通过如下检查参数的预期符号)，则参数对θ1，θ2和θ3，θ4是有效的：
θ1＞0，
θ2＜0，
θ3＜0。
此外，可以应用其它有效性标准，例如：
其中，β≥0是预定的余量，其限定以m个泵运行的估计的功耗
与以m个泵运行时的实际的功耗Pm之间的可接受偏差。
如果不满足上述有效性标准，则不存储和更新参数对。于是，可以拒绝从速度控制模式到功率优化模式的转换。优选地，在至少一个泵开始对总流量Q做出贡献之前在其加速/减速期间执行验证。只要运行泵不提供流量，即，Q＝0，则可以通过下式确定参数θ1：
图4示出了在泵加速时参数θ1和功耗P如何随时间增长。只要泵对总流量Q没做出贡献，则参数θ1在加速期间相对稳定。但是，在泵开始对总流量Q做出贡献的那一刻，功耗和参数θ1急剧增加。此时，压力控制实际上会迅速使泵速略微减小，以免超过目标出口压力。反之亦然，如果在将附加泵加速到已经运行的泵的速度期间没有观察到参数θ1的变化，则泵没有提供流量。因此，泵的启动失败并且泵再次减速，这些参数不被认为是有效的，即这些参数不被存储和更新。于是，可以拒绝从速度控制模式到功率优化模式的转换。
对于图3右手侧的控制方案B，存在两条路线返回基于速度的控制模式。首先，请求的估计期间的超时表明在给定的时间段内没找到有效的参数集。其次，手动触发或自动触发退出功率优化模式。例如，系统变化可以自动触发退出功率优化模式。例如，可以定期检查以下有效性标准：
只要突然不再满足该标准，就指示系统变化。
在当前的参数θ1是已知的或先前验证过的情况下，如果运行泵突然停止贡献流量Q，则可以发出无流量警报，其中，如果测得的功耗不再大于估计的零流量功耗加上余量α，即不再满足以下标准，则表明泵突然停止贡献流量Q：
Pmeas＞θ1ω3α，
其中，α＞1是限定警报阈值的预定余量。
对于启动/切断泵的最节能的负载点可能还有其它约束。例如，在多泵系统的一些实施例中，在达到最节能的负载点之前可能达到泵的速度限制。这方面的示例在图5中示出。在减少流量期间从2泵操作切换到1泵操作的能量最佳切断点可能位于一个泵的最大泵速之上。因此，可能有必要继续以2泵操作，直到可以切断一个泵并且剩余的泵以最大速度运行为止。优选地，通过本文所述的控制方法预测切断后的泵的速度，并将其与多泵系统的已知速度限制进行比较。这意味着本文描述的控制方法能够在考虑速度限制的情况下找到最佳可能的切断点。由此，可以确保多泵系统尽可能节能地操作，同时确保仍然满足系统控制目标。应当注意，类似的约束适用于启动。此外，泵还可以具有已知的速度下限，该下限可以被考虑用于在具有低压头的负载点启动/切断。但是，作为闭环压力控制特征的一部分，可能已经考虑了速度下限以防止控制器饱和，因此如果未实现目标压头，则可以迫使另一个泵接通并至少以最低速度运行。
图6示出了作为用于实现本文描述的控制方法的其它实施例的逐步控制方案C。作为第一步骤，当估计或更新周期开始时，可以检查多泵系统是否在稳定状况下运行。例如，从压力传感器19到控制模块7的闭环反馈应该指示运行中的多泵系统当前提供设定的目标出口压力。如果发现当前操作不稳定，估计周期可能不会继续或重新开始。一旦发现当前操作是稳定的，就可以在启动/切断之前收集并临时存储数据。该数据可以表示为数据集1，其优选地至少包括运行泵的当前数量、当前总功耗和当前泵速。一旦收集并存储了数据集1，如果预测启动/切断泵会更节能，则可以启动泵的启动/切断作为第三步骤，如上所述。在泵的启动/切断期间，可以收集并临时存储数据集2，以便确定并可能更新参数θ1。如上文所述，这可以针对在泵开始对总流量Q做出贡献之前在其加速阶段期间的启动或针对在泵停止对总流量Q做出贡献之后在泵的减速阶段期间的切断进行。
如果VFC的附加功耗P0＝nθ0(空闲功耗)不可忽略，则可以在泵的启动/切断期间连同参数θ1一起确定另一参数θ0。对于启动或切断的泵，在泵对总流量Q做出贡献之前在功耗方面的泵特性可以由下式给出：
P(k)＝θ0+θ1ω(k)3
其中，ω是速度，P是启动/切断的泵的功耗。可以从泵的加速和减速期间的一系列功耗和速度的测量结果中识别参数θ0和θ1。在VFC的空闲功耗P0与总功耗相比可以忽略不计的情况下，则θ0可以设置为零，并且以下表达式导出对θ1的估计：
然而，根据收集和存储数据期间的多个启动/切断事件统计地确定参数θ0和/或θ1对于参数的鲁棒确定可能是有益的。例如，先前确定的参数θ0和/或θ1的平均值可以用于更新参数。
在第四步骤中，在已经完成启动/切断并且多泵系统指示稳定的操作状况之后，收集并存储另外的数据集3。一旦收集并存储了至少两个不同的启动/切断事件的数据集，如果根据应用的有效性标准发现模型参数对θ1，θ2和θ3，θ4是有效的，就可以在第五步骤中完全地确定和更新模型参数对θ1，θ2和θ3，θ4。
如图6所示，某些事件将引起估计周期的重新启动。除了估计周期期间不稳定的状况外，在如下情况下也可以重新启动估计周期：启动没有成功，即，根据以下有效性标准，以m个泵运行的新的实际功耗Pm落入关于以m个泵运行预计的功耗
的范围β内：
此外，只有在收集和存储了至少两个启动/切断事件的数据的情况下才可以执行用于确定和更新模型参数对θ1，θ2和θ3，θ4的第五步骤。否则，重新启动估计周期以从另一启动/切断事件获得数据。应当注意，优选地，至少两个不同的启动/切断事件应该在不同的负载点处执行(优选地具有不同数量的初始和最终运行泵)。
在假设总流量Q在泵的启动/切断之前和泵启动/切断之后基本上相同的前提下，可以通过下式确定从具有n个运行泵的操作改变为具有m个运行泵的操作的缩放后的流量
因此，可以根据收集到的数据确定缩放后的流量
然后，可以通过下式确定参数θ2：
或者
可以在不同的负载点处执行第二启动/切断事件，以从具有k个运行泵的操作改变为具有1个运行泵的操作。于是，可以通过下式确定第二参数对θ3，θ4：
请注意，该方法也适用于2泵系统，即，步骤k→1可能等同于步骤m→n，或者两个启动/切断事件可能是n→m和m→n。在这种情况下，如果两个启动/切断事件以不同的速度ω和/或功耗P和/或总流量Q执行，它们之间的负载点可能仍然不同。这意味着用于参数更新的数据收集不必在最节能的负载点通过启动/切断事件来执行。仅出于参数更新的考虑，启动/切断事件可以在非最佳负载点处执行。
假设所有泵都相同，则根据接通一个泵所确定的参数可用于接通任何其它泵。然而，公差、干扰、不同的磨损或结垢可能影响参数的估计，依据参数的估计启动/切断泵以确定参数。优选的是根据具有不同泵的多个启动/切断事件统计地确定参数。因此，可以通过估计所有泵的参数来获得所有泵的良好平均曲线并使用最佳排序的平均参数。同时，这降低了其中一个泵无法递送流量的风险，因为参数更新不会成功和/或会触发无流量警报。此外，当其它“正常”泵没有指示统计异常时，来自偏离泵的统计异常值不会导致控制方法启动功率优化模式。
该控制方法的其它实施例可以使用如下假设：未知的入口压力是恒定的。如果未知的恒定入口压力表示为p0，则出口压力p通常由下式给出：
如果现使用缩放后的流量
表示出口压力p，则如下：
其中，θ5，θ6是通过使用出口压力传感器19所测得的出口压力来确定的另外的参数对。如上所述，可以在两个不同的启动/切断事件k→1和m→n中确定和更新参数，其中，如果k＝m和l＝n，则
且ωn≠ωk和ωm≠ωl。然后，可以通过下式确定参数：
请注意，该实施例需要测量出口压力，而不是测量、确定或估计压差Δp。因此，只要可以假设入口压力是恒定的，它可以保持未知。控制系统和方法的前述实施例甚至不需要测量出口压力，但其通常配备有压力传感器，用于提供闭环压力控制以提供设定的目标出口压力。
若在前面的描述中提及了具有已知的、明显或可预见的等同物的整数或元素，则这些等同物被合并在本文中，就如同单独阐述一样。应当描述用于确定本公开的真实范围的权利要求，应将权利要求解释为涵盖任何这种等同物。读者还应理解，被描述为可选的、优选的、有利的、方便的等的本公开的整数或特征是可选的，并且不限制独立权利要求的范围。
应理解，上述实施例为本公开的示例性示例。应当理解，针对任何一个实施例描述的任何特征可以单独使用，或者与描述的其它特征结合使用，并且还可以与任何其它实施例的一个或多个特征结合使用，或任何其它实施例的任何组合。尽管已经示出和描述了至少一个示例性实施例，但是应当理解，其它修改、替换和变型对于本领域普通技术人员来说是显而易见的，并且可以在不脱离本文描述的主题的范围的情况下进行改变，并且本申请旨在涵盖在此讨论的特定实施例的任何改变或改变。
此外，“包括”不排除其它元素或步骤，并且“一”或“一个”不排除复数形式。此外，已经参考上述示例性实施例之一描述的特征或步骤也可以与上述其它示例性实施例的其它特征或步骤结合使用。方法步骤可以按任何顺序应用或并行应用，或者可以构成另一个方法步骤的一部分或更详细的版本。应当理解的是，所有这些合理、恰当地落入对本领域所作出的贡献的范围内的修改应该落入在所授权的专利的范围内。可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下作出这些修改、替换和变型，本公开的精神和范围应由所附权利要求及其合法等同物来确定。
附图标记列表：
1 流体网络
3 多泵系统
3a,3b,3c 泵
4a,4b,4c 阀
5 控制系统
7 控制模块
9 处理模块
11 通信接口
13 存储模块
15 通信线路
17 信号连接
19 出口压力传感器
Claims (25)
1.一种多泵控制系统(5)，包括
-控制模块(7)，
-处理模块(9)，
-通信接口(11)，以及
-存储模块(13)，
其中，所述控制模块(7)被配置为改变多泵系统(3)的运行泵的数量n，
其中，所述通信接口(11)被配置为：在运行泵的数量n的至少两次不同的改变之前和之后，接收指示n个运行泵中的至少一个的功耗P的信号和关于n个运行泵中的至少一个的速度ω的信息，
其中，所述处理模块(9)被配置为：在运行泵的数量n的至少两次不同的改变之前和之后，在不测量压差Δp或流量Q的情况下确定至少两个近似的泵特性Pn和
其中，所述近似的泵特性Pn和
中的每一个由参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)明确地限定，其中，所述存储模块(13)被配置为存储所确定的近似的泵特性Pn和
中的每一个的参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)。
2.根据权利要求1所述的多泵控制系统(5)，其中，运行泵的数量n的所述至少两次不同的改变在如下方面彼此不同：相应的改变前后运行泵的数量n，和/或相应的改变期间的负载点，其中，所述负载点由n个运行泵中的至少一个的速度ω和/或功耗P确定。
3.根据权利要求1或2所述的多泵控制系统(5)，其中，所述近似的泵特性Pn和
由以下公式限定：
其中，
良示缩放后的近似流量，其中，bP为缩放因子，其中，θ1、θ2表示第一所述参数对，θ3、θ4表示第二所述参数对。
4.根据前述权利要求中任一项所述的多泵控制系统(5)，其中，所述处理模块被配置为使用缩放后的流量
和缩放后的压差
来获得所述参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的多泵控制系统(5)，其中，所述处理模块(9)被配置为确定如下参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)：针对这些参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)，运行泵的数量从n改变为m之后m个运行泵的实际总功耗Pm与先前预测的总功耗
之间的差是最小的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的多泵控制系统(5)，其中，所述控制模块(7)被配置为操作具有速度为ωn的n个运行泵的多泵系统(3)，如果速度ωn介于n个运行泵的预定最大速度和预定最小速度之间，则所述多泵系统在所需的负载点处具有最小总功耗Pn。
7.根据前述权利要求中任一项所述的多泵控制系统(5)，其中，所述处理模块(9)被配置为：在存储所述参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)之前验证所述参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)，其中，如果参数满足预定的有效性标准，则所述参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)是有效的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的多泵控制系统(5)，其中，所述处理模块(9)被配置为：在存储所述参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)之前验证所述参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)，其中，如果在运行泵的数量从n改变为m后m个运行泵的实际总功耗Pm在关于先前预测的总功耗
的范围内，则所述参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)是有效的。
9.根据前述权利要求中任一项所述的多泵控制系统(5)，其中，所述处理模块(9)被配置为：在至少一个泵开始/停止对总流量Q做出贡献之前在所述至少一个泵的加速/减速期间确定至少一个参数
10.根据权利要求9所述的多泵控制系统(5)，其中，所述处理模块(9)被配置为：仅当所述至少一个参数
在所述至少一个泵的加速/减速期间显著地改变时才验证所述参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的多泵控制系统(5)，其中，所述处理模块(9)被配置为定期地、周期性地或不定期地更新所述参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的多泵控制系统(5)，其中，所述通信接口(11)被配置为：如果所述实际总功耗Pn满足公式Pn≤θ1ωn 3α，则触发无流量警报，其中，α限定警报阈值。
13.一种控制多泵系统的方法，包括：
-改变多泵系统(3)的运行泵的数量n，
-在运行泵的数量n的至少两次不同的改变之前和之后，接收指示n个运行泵中的至少一个的功耗P的信号和关于n个运行泵中的至少一个的速度ω的信息，
-在运行泵的数量n的至少两次不同的改变之前和之后，在不测量压差Δp或流量Q的情况下确定至少两个近似的泵特性Pn和
其中，近似的泵特性Pn和
中的每一个由参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)明确限定，以及
-存储所确定的近似的泵特性Pn和
中的每一个的参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，运行泵的数量n的所述至少两次不同的改变在如下方面彼此不同：在相应的改变之前和之后运行泵的数量n，和/或相应的改变期间的负载点，其中，所述负载点由n个运行泵中的至少一个的速度ω和/或功耗P确定。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，使用缩放后的流量
和缩放后的压差
来获得所述参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中，所述近似的泵特性Pn和
由以下公式限定：
以及
其中，
表示缩放后的近似流量，其中，bP为缩放因子，其中，θ1、θ2表示第一所述参数对，θ3、θ4表示第二所述参数对。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，还包括确定如下参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)：针对这些参数对，运行泵的数量从n改变为m之后m个运行泵的实际总功耗Pm与先前预测的总功耗
之间的差是最小的。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，还包括：操作具有速度为ωn的n个运行泵的多泵系统(3)，如果速度ωn介于n个运行泵的预定最大速度和预定最小速度之间，则所述多泵系统在所需的负载点处具有最小总功耗Pn。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，还包括：在存储所述参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)之前验证所述参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)，其中，如果参数满足预定的有效性标准，则所述参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)是有效的。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的方法，还包括：在存储所述参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)之前验证所述参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)，其中，如果在运行泵的数量从n改变为m后m个运行泵的实际总功耗Pm在关于先前预测的总功耗
的范围内，则所述参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)是有效的。
21.根据权利要求13至20中任一项所述的方法，还包括：在至少一个泵开始/停止对总流量Q做出贡献之前在所述至少一个泵的加速/减速期间确定至少一个参数
22.根据权利要求21所述的方法，其中，仅当所述至少一个参数
在所述至少一个泵的加速/减速期间显著地改变时才验证所述参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)。
23.根据权利要求13至22中任一项所述的方法，还包括：定期地、周期性地或不定期地更新所述参数对(θ1，θ2；θ3，θ4)。
24.根据权利要求13至23中任一项所述的方法，还包括：如果所述实际总功耗Pn满足公式Pn≤θ1ωn 3α，则触发无流量警报，其中，α限定警报阈值。
25.一种计算机可读介质，其具有用于执行根据权利要求13至24中任一项所述的方法的指令。
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