CN115493636A - 一种基于缓冲区的多目标排涝泵排涝量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于缓冲区的多目标排涝泵排涝量计算方法，属于城市排涝技术领域。本发明系统包括三个部分，一是采集设备，负责采集水质数据和水位数据；二是计算中心，根据采集的水质数据对水质等级进行判断，并根据采集的水位数据定时计算待排水量；三是控制中心，根据计算中心下发的待排水量需求，根据各排涝泵的排水能力及使用状态进行合理调度。本发明充分利用城市电价策略和城市海绵能力，实现排涝泵组工作的优化，达到保障排涝、降低成本、保护生态环境的三重目标。

Description

一种基于缓冲区的多目标排涝泵排涝量计算方法

技术领域

本发明涉及城市排涝技术领域，具体为一种基于缓冲区的多目标排涝泵排涝量计算方法。

背景技术

防洪排涝是水利工程的第一要义，当内河水位超标时，排涝系统应尽量将内河之水排入外河。排放达标的水是保护水环境的基本要求，排涝泵站的前池水质应定时监测，确保排出的水达标。治水的同时应当充分评估对环境的二次影响，尽量减少能源消耗，为节能减排做出尽可能的贡献。城市土壤具备海绵能力，内河水的排除应充分利用这一能力。排涝泵作为城市防洪排涝体系中的重要设备，其设备状态的健康尤为重要，设备的合理使用是提升设备健康度和使用寿命的重要手段，应避免长期不用和频繁启停。排涝泵站在运营过程中设备使用不合理，靠人工经验启停排涝泵带来了能源浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于缓冲区的多目标排涝泵排涝量计算方法，针对排涝泵站在运营过程中靠人工经验启停排涝泵带来的能源浪费、设备使用不合理等问题，充分利用城市电价策略和城市海绵能力，实现排涝泵组工作的优化，达到保障排涝、降低成本、保护生态环境的三重目标。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于缓冲区的多目标排涝泵排涝量计算方法，系统包括三个部分，一是采集设备，负责采集水质数据和水位数据；二是计算中心，根据采集的水质数据对水质等级进行判断，并根据采集的水位数据定时计算待排水量；三是控制中心，根据计算中心下发的待排水量需求，根据各排涝泵的排水能力及使用状态进行合理调度。

排涝泵排涝量的具体计算过程如下：在排涝泵站的前池设置水质采集仪器，并根据国家水质评价标准实时评估水质等级d，采集的时间间隔标记为Td，在排涝泵站的前池设置水位采集仪器，实时采集前池水位h，采集的时间间隔标记为Th；在排涝泵站前池设立排水缓冲区，即待排水位L到超标水位H这一水位变化区间，当前池水位大于超标水位H时，不进行任何计算，直接开启全部泵；当前池水位未超标时，若前池水质不达标，则不具备排出条件，需要提醒运营人员对水质进行处理；

计算中心根据定时获取前池实时水位h，定时计算Δh；

t时刻的Δh的计算过程如下：

Δh(t)＝h(t)-h(t-1)

根据泵站内排涝泵组的各泵排涝能力的大小，从小到大依次编号1、2、3...；根据泵的功率换算泵的排水量由小到大分别为q1、q2、q3...；

根据城市用电收费政策，将一天的24小时划分为两个时段，即08:00—22:00区间的峰段，共14个小时，以及21:01—07:59区间的谷段，共10个小时；

根据排涝泵站的设计，泵站的前池液面随着液位的变化面积几乎不变，可以认为前池水位高度与排涝泵排水量之间存在线性关系；

为了降低电费支出，水位在到达待排水位L前(h<L)，可充分利用城市的海绵能力而不进行排水；达到排水条件时(h>L)，优化调度算法的计算过程如下：

t时刻的水位变化值Δh＝h(t)-h(t-1) (1)

为排除采集误差，对采集数据采取去噪处理，以过滤突变的误差数据，防止设备频繁启停；

t时刻的入水量计算：

其中，ΔT(t)为h(t)的采样时刻与h(t-1)的采样时刻的间隔分钟数；

Δq＝ΔQ(t)-ΔQ(t-1) (4)

当Δq₁大于0.5，即一分钟内流量变化率大于0.5米时，放弃该t时刻水位采样数据，立刻进行重新采集。

确定采集数据的有效性后，根据系统当前时间确定用电处在峰段还是谷段；

谷段在充分利用城市海绵能力的基础上，进行合理的排水调度，启泵方式如下：

第一步：计算当前距离谷段结束的所剩时间

第二步：计算中心确认待排水量为：

第三步：计算中心告知控制中心待排水量Q；

峰段需充分利用前池缓冲区的储水能力，尽可能降低泵组在峰段的工作时间，启泵方式如下：

第一步：预测下一个水位采集周期内的水位

第二步：判断下一采集周期水位是否会超标，h(t+1)＞H？(8)

第三步：如果下一周期水位不会超标，则不做任何操作；

第四步：如果下一周期水位将超标，则计算待排水量Q＝ΔQ(t)(9)，即在用电峰段时，排水量尽可能少，只需保证下一周期水位不超标即可；

第五步：计算中心告知控制中心待排水量Q，控制中心根据计算中心传递的待排水量Q，通过Java语言遍历泵组各泵的排涝能力(q1、q2、q3，qn)和启停状态、运行时长等因素，综合确定需要开启的泵的编号，并进行优化调度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的一种基于缓冲区的多目标排涝泵排涝量计算方法，在充分利用城市海绵蓄水能力和泵站前池蓄水能力设立缓冲区的基础上，充分利用城市电价策略，能够大幅降低排涝泵站的电费成本；通过对噪声数据的处理，能有效避免设备的频繁启停，降低设备故障率；通过对前池水质的判断，有效杜绝不达标水对城市外河的污染，有利于泵站的健康可持续发展。

附图说明

图1为本发明的排水优化调度流程图；

图2为本发明的前池缓冲区结构示意图。

图中：H表示前池的超标水位；L表示待排水位；h表示当前实时监测的水位。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

请参阅图1-2，本发明实施例中：一种基于缓冲区的多目标排涝泵排涝量计算方法，在排涝泵站的处理中心部署服务系统包括计算中心和控制中心，在泵站前池部署采集设备，需确保采集设备的控制器与处理中心网络连接无误。

具体实施过程如下：在排涝泵站的前池设置水质在线采集仪器，并确定采集的时间间隔为720分钟，并录入计算中心；在排涝泵站的前池设置水位采集仪器，并确定采集的时间间隔为60分钟，并录入计算中心；根据城市地方排水标准确定排水达标的水质等级D为3，并录入计算中心；确定待排水位L为5米(根据各城市情况具体确定)，超标水位H为15米，并录入计算中心；计算中心根据国家水质评价标准实时评估水质等级d；确定城市的峰谷电价范围，系统开始工作。水质在线采集仪器和水位采集仪器分别获取水质数据和液位数据传至计算中心；计算中心根据地表水环境质量评价方法评价前池水质等级；计算中心根据水位、当前时间等参数，判断并计算当前是否需要排涝以及具体的排涝量；控制中心根据自身的调度算法，确定并控制需要开启和关闭的排涝泵，当控制中心传回提升泵已满负荷时，由处理中心向相关人员发送预警短信。

本实施例的一种基于缓冲区的多目标排涝泵排涝量计算方法，在充分利用城市海绵蓄水能力和泵站前池蓄水能力设立缓冲区的基础上，充分利用城市电价策略，能够大幅降低排涝泵站的电费成本；通过对噪声数据的处理，能有效避免设备的频繁启停，降低设备故障率；通过对前池水质的判断，有效杜绝不达标水对城市外河的污染，有利于泵站的健康可持续发展。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于缓冲区的多目标排涝泵排涝量计算方法，其特征在于，系统包括三个部分，一是采集设备，负责采集水质数据和水位数据；二是计算中心，根据采集的水质数据对水质等级进行判断，并根据采集的水位数据定时计算待排水量；三是控制中心，根据计算中心下发的待排水量需求，根据各排涝泵的排水能力及使用状态进行合理调度。

2.如权利要求1所述的一种基于缓冲区的多目标排涝泵排涝量计算方法，其特征在于，排涝泵排涝量的具体计算过程如下：在排涝泵站的前池设置水质采集仪器，并根据国家水质评价标准实时评估水质等级d，采集的时间间隔标记为Td，在排涝泵站的前池设置水位采集仪器，实时采集前池水位h，采集的时间间隔标记为Th；在排涝泵站前池设立排水缓冲区，即待排水位L到超标水位H这一水位变化区间，当前池水位大于超标水位H时，不进行任何计算，直接开启全部泵；当前池水位未超标时，若前池水质不达标，则不具备排出条件，需要提醒运营人员对水质进行处理；

计算中心根据定时获取前池实时水位h，定时计算Δh；

t时刻的Δh的计算过程如下：

Δh(t)＝h(t)-h(t-1)

根据泵站内排涝泵组的各泵排涝能力的大小，从小到大依次编号1、2、3...；根据泵的功率换算泵的排水量由小到大分别为q1、q2、q3...；

根据城市用电收费政策，将一天的24小时划分为两个时段，即08:00—22:00区间的峰段，共14个小时，以及21:01—07:59区间的谷段，共10个小时；

根据排涝泵站的设计，泵站的前池液面随着液位的变化面积几乎不变，可以认为前池水位高度与排涝泵排水量之间存在线性关系；

为了降低电费支出，水位在到达待排水位L前(h<L)，可充分利用城市的海绵能力而不进行排水；达到排水条件时(h>L)，优化调度算法的计算过程如下：

t时刻的水位变化值Δh＝h(t)-h(t-1) (1)

为排除采集误差，对采集数据采取去噪处理，以过滤突变的误差数据，防止设备频繁启停；

t时刻的入水量计算：

其中，ΔT(t)为h(t)的采样时刻与h(t-1)的采样时刻的间隔分钟数；

Δq＝ΔQ(t)-ΔQ(t-1) (4)

当Δq₁大于0.5，即一分钟内流量变化率大于0.5米时，放弃该t时刻水位采样数据，立刻进行重新采集。

3.如权利要求2所述的一种基于缓冲区的多目标排涝泵排涝量计算方法，其特征在于，确定采集数据的有效性后，根据系统当前时间确定用电处在峰段还是谷段；

谷段在充分利用城市海绵能力的基础上，进行合理的排水调度，启泵方式如下：

第一步：计算当前距离谷段结束的所剩时间

第二步：计算中心确认待排水量为：

第三步：计算中心告知控制中心待排水量Q；

峰段需充分利用前池缓冲区的储水能力，尽可能降低泵组在峰段的工作时间，启泵方式如下：

第一步：预测下一个水位采集周期内的水位

第二步：判断下一采集周期水位是否会超标，h(t+1)＞H？(8)

第三步：如果下一周期水位不会超标，则不做任何操作；

第四步：如果下一周期水位将超标，则计算待排水量Q＝ΔQ(t)(9)，即在用电峰段时，排水量尽可能少，只需保证下一周期水位不超标即可；

第五步：计算中心告知控制中心待排水量Q，控制中心根据计算中心传递的待排水量Q，通过Java语言遍历泵组各泵的排涝能力(q1、q2、q3，qn)和启停状态、运行时长等因素，综合确定需要开启的泵的编号，并进行优化调度。

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