CN116757424A - 一种供水管网水池调峰控制方法、系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及供水技术领域，公开了一种供水管网水池调峰控制方法、系统，包括：S1、根据一天的水池出水瞬时流量的时间曲线制定出水瞬时流量时间函数F(t)；S2、构造一个与所述出水瞬时流量时间函数F(t)相关但凹凸性相反的进水瞬时流量时间函数Y(t)；S3、分别通过供水高峰时段和供水低谷时段的实际水池可调容量计算出每个供水高峰时段和供水低谷时段的a系数，最终得到与供水高峰时段和供水低谷时段的出水瞬时流量时间函数F(t)对应的进水瞬时流量时间函数Y(t)；S4、按时间顺序在各供水高峰时段和低谷时段按照构造出来的出水瞬时流量时间函数F(t)、进水瞬时流量时间函数Y(t)进行供水。本发明能达到调峰的作用，同时保障供水管网压力稳定。

Description

一种供水管网水池调峰控制方法、系统

技术领域

本发明涉及供水技术领域，具体涉及一种供水管网水池调峰控制方法、系统。

背景技术

在市政供水管网中，某些用水区域由于水压不足或高峰供水能力不足等原因，往往修建中途加压站、高位水池或调节池等设施解决问题。在这些设施中，水池的入口连接上级供水管网，出口通过加压泵或自流的方式连接下级供水管网，修建水池的目的之一是通过其自身的容量，承担供水调峰的作用。

目前，供水管网水池的液位控制方式归类主要有三种：浮球控制、液位自动控制和人工手动控制。浮球控制方法通过浮球的上下位置机械的控制水池进水阀门的开合程度，以控制进水大小，其缺点是出水量大时，进水量也大，几乎起不到调峰的作用；液位自动控制的方式是当液位下降到设定的下限时，开启进水阀进水；液位达到设定的上限时，关闭进水，此种方式未关联用水高峰和低谷时间，往往高峰时段也开阀进水，调峰效果大打折扣；且阀门只有全开或全关的状态，容易引起上级管网水压波动；人工手动控制一般是操作人员根据水池水位或时间情况手动开闭(或部分开闭)进水阀，此种方式需要人员值守操作，操作频次低，且人员操作更多依靠经验进行，调峰效果往往不理想。

因此，需要一个能够根据用水高峰、低谷的情况来调节水池中的进水、出水量的方法来调整水池中的量，以根据用水高峰、低谷的情况起到调峰的作用。

发明内容

本发明提供一种供水管网水池调峰控制方法、系统，可以解决目前供水管网水池常用的浮球控制、液位自动控制和人工手动控制等方式不能有效利用水池容量、调峰效果不佳以及易引起上级管网水压波动等问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种供水管网水池调峰控制方法，包括：

S1、将一天划分成至少一个供水高峰时段和供水低谷时段，并根据一天的水池出水瞬时流量的时间曲线制定出水瞬时流量时间函数F(t)；

S2、基于某一平行于x轴的基础参数，其中，x轴为时间，y轴为水量，构造一个与所述出水瞬时流量时间函数F(t)相关但凹凸性相反的进水瞬时流量时间函数Y(t)，所述进水瞬时流量时间函数Y(t)为所述出水瞬时流量时间函数F(t)相对所述基础参数对称的对称函数的a倍，a称为a系数；

S3、分别通过供水高峰时段和供水低谷时段的水池可调容量计算出每个供水高峰时段和供水低谷时段的a系数，最终得到与供水高峰时段和供水低谷时段的出水瞬时流量时间函数F(t)对应的进水瞬时流量时间函数Y(t)；

S4、按时间顺序在各供水高峰时段和低谷时段按照构造出来的出水瞬时流量时间函数F(t)、进水瞬时流量时间函数Y(t)进行供水。

作为优化，所述基础参数可由日平均瞬时流量、高峰时段平均流量、低谷时段平均流量或其它小于高峰最大瞬时流量及大于低谷最小瞬时流量的合理值确定。通过基础参数可确定各高峰时段和低谷时段的起止时间。

作为优化，所述进水瞬时流量时间函数Y(t)的表达式为：

Y(t)＝a(2b-F(t))；

其中，a为a系数，b为基础参数。

作为优化，在供水低谷时段，水池进水瞬时流量大于出水瞬时流量，为水池补水，水池可调容量M表示为：

其中，t₁～t₂为供水低谷时段，t₁为供水低谷时段的开始时间，t₂为供水低谷时段的截止时间，为供水低谷时段水池的出水累计量，表示为K，可根据流量计数据求得，/>为供水低谷时段水池的进水累计量，M≤水池总容量。

作为优化，在供水低谷时段，a系数表示为：

其中，K为低谷时段水池的出水累计量，M为水池可调容量。

作为优化，在供水高峰时段，水池出水瞬时流量大于进水瞬时流量，使用水池储存的水进行调峰，水池可调容量M表示为：

其中，t₂～t₃为供水高峰时段，t₂为供水高峰时段的开始时间，t₃为供水高峰时段的截止时间，为供水高峰时段水池的出水累计量，表示为K′，可根据流量计数据求得，/>为供水高峰时段水池的进水累计量，M≤水池总容量。

作为优化，在供水高峰时段，a系数表示为：

其中，K′为高峰时段水池的出水累计量，M为水池可调容量。

本发明还公开了一种供水管网水池调峰控制系统，包括：

出水瞬时流量时间函数制定模块，用于将一天划分成至少一个供水高峰时段和供水低谷时段，并根据一天的水池出水瞬时流量的时间曲线制定出水瞬时流量时间函数F(t)；

进水瞬时流量时间函数构造模块，用于基于某一平行于x轴的基础参数，其中，x轴为时间，y轴为水量，构造一个与所述出水瞬时流量时间函数F(t)相关但凹凸性相反的进水瞬时流量时间函数Y(t)，所述进水瞬时流量时间函数Y(t)为所述出水瞬时流量时间函数F(t)相对所述基础参数对称的对称函数的a倍，a称为a系数；

计算模块，用于分别通过供水高峰时段和供水低谷时段的水池可调容量计算出每个供水高峰时段和供水低谷时段的a系数，最终得到与供水高峰时段和供水低谷时段的出水瞬时流量时间函数F(t)对应的进水瞬时流量时间函数Y(t)；

执行模块，用于按时间顺序在各供水高峰时段和低谷时段按照构造出来的出水瞬时流量时间函数F(t)、进水瞬时流量时间函数Y(t)进行供水。

作为优化，在供水低谷时段，所述计算模块计算a系数的具体方法为：

先获取水池可调容量M：

其中，t₁～t₂为供水低谷时段，t₁为供水低谷时段的开始时间，t₂为供水低谷时段的截止时间，为供水低谷时段水池的出水累计量，表示为K，可根据流量计数据求得，/>为供水低谷时段水池的进水累计量，M≤水池总容量；

根据所述水池可调容量M计算a系数：

其中，K为低谷时段水池的出水累计量，M为水池可调容量。

作为优化，在供水高峰时段，所述计算模块计算a系数的具体方法为：

先获取水池可调容量M：

其中，t₂～t₃为供水高峰时段，t₂为供水高峰时段的开始时间，t₃为供水高峰时段的截止时间，为供水高峰时段水池的出水累计量，表示为K′，可根据流量计数据求得，/>为供水高峰时段水池的进水累计量，M≤水池总容量；

根据所述水池可调容量M计算a系数：

其中，K′为高峰时段水池的出水累计量，M为水池可调容量。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明的控制方法，水池进水瞬时流量曲线和出水瞬时流量是相关的，进水控制能根据用水量的变化而变化，不管是因季节还是用水习惯发生变化导致用水需求变化时，进水控制能实时调整控制输出，因此控制更为科学。

本发明的控制方法，引入水池可用容量限制条件来计算进水瞬时流量函数的a参数，能最大程度地利用水池的容量进行调峰。

本发明中，水池进水瞬时流量曲线和出水瞬时流量曲线凹凸性完全相反，由于同一地区的用水峰谷时间段是相同的，因此水池能和上级供水管网错峰用水，达到调峰的作用，同时保障供水管网压力稳定。

本发明的控制输出是实时、连续、平滑的，可尽量减少因大幅调整进水流量而引起的管网水锤效应以及压力波动。

本发明的控制方法或系统，是在完全自动控制的情况下运行，不需要人为参与和操作，可减少人工投入，实现站点无人值守。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。在附图中：

图1为本发明所述的一种供水管网水池调峰控制方法的流程图；

图2为出水瞬时流量时间函数和进水瞬时流量时间函数的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1的一种供水管网水池调峰控制方法，包括：

S1、将一天划分成至少一个供水高峰时段和供水低谷时段，并根据一天的水池出水瞬时流量的时间曲线制定出水瞬时流量时间函数F(t)；通过水池出水瞬时流量的时间曲线，拟合一个出水瞬时流量和时间的函数F(t),将一天划分成一个或多个高峰和低谷时段。

S2、基于某一平行于x轴的基础参数，其中，x轴为时间，y轴为水量，构造一个与所述出水瞬时流量时间函数F(t)相关但凹凸性相反的进水瞬时流量时间函数Y(t)，所述进水瞬时流量时间函数Y(t)为所述出水瞬时流量时间函数F(t)相对所述基础参数对称的对称函数的a倍，a称为a系数；

对每个高峰和低谷时段分别构造一个和F(t)相关但凹凸性相反的进水瞬时流量函数Y(t)：通过F(t)关于直线F(t)＝b(b可自行设定，如日平均瞬时流量)的对称函数2b-F(t)以及系数a构造。

Y(t)＝a(2b-F(t))；

其中，a为a系数，b为基础参数。

基础参数除了日平均瞬时流量以外，还可以是高峰时段平均流量、低谷时段平均流量或其它小于高峰最大瞬时流量及大于低谷最小瞬时流量的合理值确定。通过基础参数可确定各高峰时段和低谷时段的起止时间。

S3、分别通过供水高峰时段和供水低谷时段的水池可调容量计算出每个供水高峰时段和供水低谷时段的a系数，最终得到与供水高峰时段和供水低谷时段的出水瞬时流量时间函数F(t)对应的进水瞬时流量时间函数Y(t)；

具体的，在供水低谷时段，水池进水瞬时流量大于出水瞬时流量，为水池补水，水池可调容量M表示为：

其中，t₁～t₂为供水低谷时段，t₁为供水低谷时段的开始时间，t₂为供水低谷时段的截止时间，为供水低谷时段水池的出水累计量，表示为K，可根据流量计数据求得，/>为供水低谷时段水池的进水累计量，M≤水池总容量。

a系数表示为：

其中，K为低谷时段水池的出水累计量，M为水池可调容量。

在供水高峰时段，水池出水瞬时流量大于进水瞬时流量，使用水池储存的水进行调峰，水池可调容量M表示为：

其中，t₂～t₃为供水高峰时段，t₂为供水高峰时段的开始时间，t₃为供水高峰时段的截止时间，为供水高峰时段水池的出水累计量，表示为K′，可根据流量计数据求得，/>为供水高峰时段水池的进水累计量，M≤水池总容量。

a系数表示为：

其中，K′为高峰时段水池的出水累计量，M为水池可调容量。

S4、按时间顺序在各供水高峰时段和低谷时段按照构造出来的出水瞬时流量时间函数F(t)、进水瞬时流量时间函数Y(t)进行供水。

依照时间顺序，把各低谷和高峰时段计算出系数的构造函数Y(t)组合成水池一天的池进水控制函数，并输出至执行设备，控制水池进水流量。

实施例2的一种供水管网水池调峰控制系统，包括：

出水瞬时流量时间函数制定模块，用于将一天划分成至少一个供水高峰时段和供水低谷时段，并根据一天的水池出水瞬时流量的时间曲线制定出水瞬时流量时间函数F(t)；

进水瞬时流量时间函数构造模块，用于基于某一平行于x轴的基础参数，其中，x轴为时间，y轴为水量，构造一个与所述出水瞬时流量时间函数F(t)相关但凹凸性相反的进水瞬时流量时间函数Y(t)，所述进水瞬时流量时间函数Y(t)为所述出水瞬时流量时间函数F(t)相对所述基础参数对称的对称函数的a倍，a称为a系数；

计算模块，用于分别通过供水高峰时段和供水低谷时段的实际水池可调容量计算出每个供水高峰时段和供水低谷时段的a系数，最终得到与供水高峰时段和供水低谷时段的出水瞬时流量时间函数F(t)对应的进水瞬时流量时间函数Y(t)；

执行模块，用于按时间顺序在各供水高峰时段和低谷时段按照构造出来的出水瞬时流量时间函数F(t)、进水瞬时流量时间函数Y(t)进行供水。

在供水低谷时段，所述计算模块计算a系数的具体方法为：

先获取实际水池可调容量M：

其中，其中，t₁～t₂为供水低谷时段，t₁为供水低谷时段的开始时间，t₂为供水低谷时段的截止时间，为供水低谷时段水池的出水累计量，表示为K，可根据流量计数据求得，/>为供水低谷时段水池的进水累计量，M≤水池总容量；

根据所述水池可调容量M计算a系数：

其中，K为低谷时段水池的出水累计量，M为水池可调容量。

在供水高峰时段，所述计算模块计算a系数的具体方法为：

先获取水池可调容量M：

其中，t₂～t₃为供水高峰时段，t₂为供水高峰时段的开始时间，t₃为供水高峰时段的截止时间，为供水高峰时段水池的出水累计量，表示为K′，可根据流量计数据求得，/>为供水高峰时段水池的进水累计量，M≤水池总容量；

根据所述水池可调容量M计算a系数：

其中，K′为高峰时段水池的出水累计量，M为水池可调容量。

本发明根据水池出水瞬时流量的时间曲线，拟合一个出水瞬时流量和时间的函数F(t),将一天划分成一个或多个高峰和低谷时段，在每个高峰和低谷时段分别构造一个和F(t)相关但凹凸性相反的进水瞬时流量函数Y(t)，通过水池可调容量M和调峰控制限制条件计算出Y(t)内的参数，再依照函数Y(t)控制水池的进水流量。通过本发明的方法控制水池进水流量，在用水低谷时段，进水流量大于出水流量，补充水池的水量；在用水高峰时段，进水流量小于出水流量，依靠水池补充供水；同时，由于进水流量曲线和出水流量曲线凹凸性完全相反，而同一地区的用水峰谷时间段是相同的，因此水池进水流量峰谷时段和上级管网恰好相反。通过本发明的控制方法或系统，可在完全自动控制的情况下，既能最大程度地利用水池容量进行调峰，又能和上级供水管网错峰用水，保障供水管网压力稳定。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种供水管网水池调峰控制方法，其特征在于，包括：

S1、将一天划分成至少一个供水高峰时段和供水低谷时段，并根据一天的水池出水瞬时流量的时间曲线制定出水瞬时流量时间函数F(t)；

S2、基于某一平行于x轴的基础参数，其中，x轴为时间，y轴为水量，构造一个与所述出水瞬时流量时间函数F(t)相关但凹凸性相反的进水瞬时流量时间函数Y(t)，所述进水瞬时流量时间函数Y(t)为所述出水瞬时流量时间函数F(t)相对所述基础参数对称的对称函数的a倍，a称为a系数；

S3、分别通过供水高峰时段和供水低谷时段的水池可调容量计算出每个供水高峰时段和供水低谷时段的a系数，最终得到与供水高峰时段和供水低谷时段的出水瞬时流量时间函数F(t)对应的进水瞬时流量时间函数Y(t)；

S4、按时间顺序在各供水高峰时段和低谷时段按照构造出来的出水瞬时流量时间函数F(t)、进水瞬时流量时间函数Y(t)进行供水。

2.根据权利要求1所述的一种供水管网水池调峰控制方法，其特征在于，所述基础参数可由日平均瞬时流量、高峰时段平均流量、低谷时段平均流量确定。

3.根据权利要求2所述的一种供水管网水池调峰控制方法，其特征在于，所述进水瞬时流量时间函数Y(t)的表达式为：

Y(t)＝a(2b-F(t))；

其中，a为a系数，b为基础参数。

4.根据权利要求3所述的一种供水管网水池调峰控制方法，其特征在于，在供水低谷时段，水池进水瞬时流量大于出水瞬时流量，为水池补水，水池可调容量M表示为：

其中，t₁～t₂为供水低谷时段，t₁为供水低谷时段的开始时间，t₂为供水低谷时段的截止时间，为供水低谷时段水池的出水累计量，表示为K，可根据流量计数据求得，为供水低谷时段水池的进水累计量，M≤水池总容量。

5.根据权利要求4所述的一种供水管网水池调峰控制方法，其特征在于，在供水低谷时段，a系数表示为：

其中，K为低谷时段水池的出水累计量，M为水池可调容量。

6.根据权利要求3所述的一种供水管网水池调峰控制方法，其特征在于，在供水高峰时段，水池出水瞬时流量大于进水瞬时流量，使用水池储存的水进行调峰，水池可调容量M表示为：

其中，t₂～t₃为供水高峰时段，t₂为供水高峰时段的开始时间，t₃为供水高峰时段的截止时间，为供水高峰时段水池的出水累计量，表示为K′，可根据流量计数据求得，为供水高峰时段水池的进水累计量，M≤水池总容量。

7.根据权利要求6所述的一种供水管网水池调峰控制方法，其特征在于，在供水高峰时段，a系数表示为：

其中，K′为高峰时段水池的出水累计量，M为水池可调容量。

8.一种供水管网水池调峰控制系统，其特征在于，包括：

出水瞬时流量时间函数制定模块，用于将一天划分成至少一个供水高峰时段和供水低谷时段，并根据一天的水池出水瞬时流量的时间曲线制定出水瞬时流量时间函数F(t)；

进水瞬时流量时间函数构造模块，用于基于某一平行于x轴的基础参数，其中，x轴为时间，y轴为水量，构造一个与所述出水瞬时流量时间函数F(t)相关但凹凸性相反的进水瞬时流量时间函数Y(t)，所述进水瞬时流量时间函数Y(t)为所述出水瞬时流量时间函数F(t)相对所述基础参数对称的对称函数的a倍，a称为a系数；

计算模块，用于分别通过供水高峰时段和供水低谷时段的水池可调容量计算出每个供水高峰时段和供水低谷时段的a系数，最终得到与供水高峰时段和供水低谷时段的出水瞬时流量时间函数F(t)对应的进水瞬时流量时间函数Y(t)；

执行模块，用于按时间顺序在各供水高峰时段和低谷时段按照构造出来的出水瞬时流量时间函数F(t)、进水瞬时流量时间函数Y(t)进行供水。

9.根据权利要求8所述的一种供水管网水池调峰控制系统，其特征在于，在供水低谷时段，所述计算模块计算a系数的具体方法为：

先获取水池可调容量M：

其中，t₁～t₂为供水低谷时段，t₁为供水低谷时段的开始时间，t₂为供水低谷时段的截止时间，为供水低谷时段水池的出水累计量，表示为K，可根据流量计数据求得，为供水低谷时段水池的进水累计量，M≤水池总容量；

根据所述水池可调容量M计算a系数：

其中，K为低谷时段水池的出水累计量，M为水池可调容量。

10.根据权利要求8所述的一种供水管网水池调峰控制系统，其特征在于，在供水高峰时段，所述计算模块计算a系数的具体方法为：

先获取水池可调容量M：

其中，t₂～t₃为供水高峰时段，t₂为供水高峰时段的开始时间，t₃为供水高峰时段的截止时间，为供水高峰时段水池的出水累计量，表示为K′，可根据流量计数据求得，为供水高峰时段水池的进水累计量，M≤水池总容量；

根据所述水池可调容量M计算a系数：

其中，K′为高峰时段水池的出水累计量，M为水池可调容量。