大型全调节水泵泵站变角优化运行叶片调节频度确定方法
【专利摘要】大型全调节水泵泵站变角优化运行叶片调节频度确定方法，属于工程系统运行优化节能领域。考虑泵装置扬程连续变化、分时电价等因素，给定变角调节频度，在满足日抽水量的情况下，以系统日运行费用最少为目标，建立数学优化模型，采用模拟退火-粒子群算法求解确定系统最优运行方案，计算水泵叶片不同调节频度时泵站系统在各运行时段内的最优运行方案与总运行费用，分析叶片调节频度对运行费用的影响，确定泵站系统合理的叶片调节频度。本发明提出的方法确定的水泵叶片调节频度及其各时段内的最优运行方案，既能保证泵站实现变角优化运行的效果，达到节省运行费用的目的，又能保证水泵叶片调节机构及其叶片根部密封的可靠耐久性。
【专利说明】大型全调节水泵泵站变角优化运行叶片调节频度确定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种叶片调节频度的确定方法，具体来说涉及一种大型全调节水泵变角优化运行的叶片调节频度的确定方法，属于工程系统优化运行节能与安全运行领域。
【背景技术】
[0002]对于水泵叶片角度可调的大型泵站，前池水位因受水源水位变化的影响，泵装置扬程变化幅度大、且变化频繁。根据泵装置扬程，通过调节水泵叶片角度，可实现泵站优化运行，节省泵站运行费用。在满足泵站抽水量的前提下，若能够根据泵装置扬程变化而及时连续地调节水泵叶片角度，使得泵站系统效率最高，则泵站优化运行效果最好，运行费用最省。但是，频繁调节水泵叶片角度，会导致叶片调节机构的可靠性降低，叶片根部与轮毂之间的密封损坏失效，而且管理操作麻烦。因此，可以考虑根据扬程变化情况，在某一时间段内将叶片固定于一最优叶片角度运行。该时间段太长，则优化效果不显著；时间段太短，则叶片调节过于频繁，调节机构可靠性会迅速降低而发生故障。因此，需要找出合适的时间段长，确定叶片调节频度，既能保证泵站优化运行效果，又能保证叶片调节机构及其叶片根部密封的可靠性。现有研究侧重于泵站运行优化模型求解方法，而对叶片可调机组合适的叶片调节频度的研究未见报道。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了保证大型全调节泵站运行的经济性与可靠性，提出一种全调节水泵泵站变角优化运行叶片调节频度确定方法。本发明考虑泵装置扬程连续变化、分时电价和变角调节频度等因素，在满足日抽水量的前提下，以系统日运行费用最少为目标，建立数学优化模型，采用模拟退火-粒子群算法求解确定系统最优运行方案，计算水泵叶片不同调节频度时泵站系统在各叶片角不变的运行时段内的最优运行方案与总运行费用，分析叶片调节频度对运行费用的影响，确定泵站系统合适的叶片调节频度。本发明提出的方法确定的水泵叶片调节频度及其各时段内的最优运行方案，既能保证泵站实现变角优化运行的效果，达到节省运行费用的目的，又能保证水泵叶片调节机构及其叶片根部密封的可靠耐久性。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的，一种全调节水泵泵站变角优化运行叶片调节频度及其运行方案确定方法，包括以下步骤:
[0005]A.计算泵站系统输入功率。大型泵站系统主要由主机组(主水泵、配套电动机及传动机构)、进出水流道及其附件、前池和出水池、站内其他机电设备以及照明等部分组成，此外还需要输变电设施向泵站提供电能。因此，在研究泵站系统总能耗时，除考虑主机组能耗夕卜，还应考虑辅助设备能耗和输变电能耗。泵站系统输入功率应为主电动机输入功率、站用电输入功率、输电能量损失和变压器能量损失等各项之和。其中，站用电输入功率、输电能量损失和变压器能量损失均与主机组开机台数及运行工况有关。[0006]B.建立数学优化模型。在日抽水量(体积)一定的情况下，给定变角调节频度，考虑泵装置扬程随时间连续变化、分时电价等因素，以泵站系统总运行费用最少为优化目标，同时满足泵站系统总抽水量约束、单机允许流量约束、水泵叶片角度约束和开机台数约束等条件，建立数学优化模型。
[0007]目标函数
【权利要求】
1.大型全调节水泵泵站变角优化运行叶片调节频度确定方法，其特征是，所述确定方法包括以下步骤: A.根据泵站系统各部分能耗，计算泵站系统输入功率； B.根据泵装置扬程随时间连续变化、分时电价，给定变角调节频度，在满足日抽水量的情况下，以泵站系统总运行费用最少为优化目标，同时满足泵站系统总抽水量约束、单机允许流量约束、水泵叶片角度约束和开机台数约束条件，建立数学优化模型； C.模型求解方法确定，采用模拟退火-粒子群算法求解确定泵站系统最优运行方案； (1)变量与适应度函数的确定； (2)参数确定； D.计算水泵不同叶片调节频度时泵站系统优化运行费用，研究叶片调节频度对优化运行费用的影响，根据运行费用和叶片调节机构及其叶片根部密封的可靠耐久性，确定泵站系统适宜的叶片调节频度。
2.根据权利要求1所述的大型全调节水泵泵站变角优化运行叶片调节频度确定方法，其特征是，步骤A所述泵站系统输入功率为主电动机输入功率、站用电输入功率、输电能量损失和变压器能量损失各项之和，其中，站用电输入功率、输电能量损失和变压器能量损失均与主机组运行工况及开机台数有关，步骤A所述泵站系统输入功率为:
3.根据权利要求1所述的一种大型全调节水泵泵站变角优化运行叶片调节频度确定方法，其特征是，步骤B所述数学优化模型为: 目标函数:
4.根据权利要求1所述的大型全调节水泵泵站变角优化运行叶片调节频度确定方法，其特征是，步骤C (I)所述变量与适应度函数分别为: 对于同型号机组，认为其装置性能相同；根据等功率微增率原理，参与运行的同型号机组运行费用最省时，运行状态应相同；选择开机台数和水泵叶片角为变量，同一时段内开机台数与水泵叶片角度不变，所以变量个数是调节频度的2倍； 求解适应度函数，具有以下步骤: ①根据给定的泵装置扬程日变化曲线，插值或拟合求解任一时刻的泵装置扬程； ②根据已有的泵装置性能曲线Q~Hz、Q~ηz，插值或拟合求解任意叶片角度下泵装置性能曲线； ③计算某时刻水泵机组的抽水流量、泵装置效率、泵装置扬程相关参数，得出该时刻泵站系统总功率函数表达式； ④将总功率函数表达式对时间积分，再乘以电价，计算该时段内泵站系统运行费用； ⑤将一天所有时段的运行费用求和，得出泵站系统一天24h的总运行费用； 本发明针对求解函数最小值，因此适应度函数直接选择所述目标函数。
5.根据权利要求1所述的大型全调节水泵泵站变角优化运行叶片调节频度确定方法，其特征是，步骤C (2)所述参数为: 选取初始种群数为200，最大迭代次数为500代，学习因子Cl、C2和惯性权重w分别按下式计算: 粒子的最大位置值Xmax、最小位置值Xmin分别为变量的上、下限，粒子的最大速度Vmax取.0.1倍变量取值范围；模拟退火算法搜索时初始温度T(0)=-(fmax-fmin)/ln(0.1)，退火速率取0.92，搜索步长取0.01 ；
【文档编号】F04D15/00GK103807184SQ201410054253
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月17日 优先权日:2014年2月17日
【发明者】仇宝云, 冯晓莉 申请人:扬州大学