发明内容

本发明的目的在于提供一种同型号调速泵泵站节能运行的快速优化调度方法，根据水泵的流量、扬程、效率等参数，以及最大工作水泵数量、变频水泵数量、水泵运行范围的最小转速、最大转速等约束条件下，能够快速确定泵站内水泵的最优开泵方案，从而使运行费用最低。利用水泵流量—扬程关系式和流量—效率关系式的一元二次方程极值特性、调速泵等效原理以及泵站水力特性，能够高效快速获得最优开泵方案。

为了实现上述目的，本发明提供的一种同型号调速泵泵站节能运行的优化方法的技术方案具体为：

一种同型号调速泵泵站节能运行的优化方法，其步骤如下:

步骤1)拟合水泵流量—扬程关系式和流量—效率关系式；

步骤2)确定泵站出水优化目标；

步骤3)基于目标流量、压力计算最小开泵数；

步骤4)确定最优开泵台数及调速泵转速。

进一步地，所述步骤1)的方法为：

拟合水泵流量—扬程关系式和流量—效率关系式，获取样本曲线数据，或基于历史运行数据，通过二项式拟合，获得流量-扬程一元二次方程H＝a_hQ²+b_hQ+c_h和流量-效率的一元二次方程η＝a_ηQ²+b_ηQ+c_η。

进一步地，所述步骤2)的方法为：

确定泵站出水优化目标，获取实时数据泵站进水压力P_in、出水流量Q_out、出水压力P_out；

a.当设定出水流量Q_obj时，将目标进水压力P_in、出水压力P_out与设定出水流量Q_out＝Q_obj作为优化目标；

b.当设定出水压力P_obj时，将实时进水压力P_in、出水流量Q_out与设定出水压力P_out＝P_obj作为优化目标；

c.当设定控制点压力P_c时，将实时进水压力P_in、出水流量Q_out与控制点反算出水压力P_out＝P_c+a_sQ²+b_sQ+c_s作为优化目标，式中P_c为控制点压力、a_s、b_s、c_s为管道系统特性系数。

进一步地，所述步骤步骤3)的方法为：

基于目标流量、压力计算最小开泵数，其中，通过进出目标压力差计算水泵扬程H＝P_out-P_in，基于流量—扬程方程计算当前扬程下的单泵额定转速流量

a.没有定速泵时，水泵最小开泵台数为出水流量与单泵额定流量比值向上取整；或

b.当存在定速泵时，扣除开启的定速泵数量N_定及对应流量N_定Q_e，最小开泵台数为

调速泵单泵流量为

进一步地，所述步骤4)的方法为：

确定最优开泵台数及调速泵转速，即：从最小开泵台数开始，单泵流量Q_i，扬程H_i，基于水泵变频调速等效相似定理以及流量—扬程方程，计算转速比s_i，将单泵流量与最高效率点流量对比，判断是否已经为最优，如果是则输出最优开泵数及对应转速，否则开泵数增加1，重复步骤4，直到最大开泵数。

进一步地，所述步骤4)具体为：

a.给定最大开泵数N_max，最小转速比s_min，当前开泵台数N＝N_min，初始化最优方案，最优开泵数N_opt＝N_min，最优转速比s_opt＝1，最优效率η_opt＝0；

b.单泵流量Q_i＝Q_out/N，单泵扬程H_i＝H；

c.基于水泵调速等效相似定理，转速为n_i与额定转速n_e下扬程H_i、流量Q_i与转速比s_i关系为代入流量—扬程方程得H_i＝a_hQ_i ²+b_hs_iQ_i+c_hs_i ²，获得

d.判断s_i＜s_min，如果是则进行步骤h，否则进行下一步；

e.计算当前效率

f.判断η_i＞η_opt，如果是则最优开泵数N_opt＝N，最优转速比s_opt＝s_i，最优效率η_opt＝η_i；否则，进行下一步；

g.将单泵流量Q_i与最高效率点对比，判断或N＝N_max，如果是则进行步骤h，否则N＝N+1，进行步骤b；

h.输出最优方案最优开泵数N_opt，最优转速比s_opt，最优效率η_opt。

本发明提供的一种同型号调速泵泵站节能运行的优化方法，具有如下有益效果：

(1)本发明方法适用于出水流量或压力目标明确以及控制目标明确的提升泵站；针对实际运行工况快速筛选出所有可行的水泵运行组合方案，并对其能耗进行分析，进而得到优化的水泵节能运行组合方案，从而选择出实际运行工况下最经济的水泵运行组合方案。

(2)本发明方法无需进行枚举组合和迭代计算，能够快速获得最优解：转速比s_i的计算根据一元二次方式特性直接求解，无需迭代计算；最优开泵组合根据效率曲线最高效点判断，无需枚举所有开泵组合进行排序，大大提高计算效率。

(3)本发明方法是一种实时性高、高效的、经济的水泵运行优化方法，可直接获取确定目标下泵站运行的最优开泵方案，也可嵌入多水源及多级增压等复杂系统优化问题的迭代计算中，可广泛应用于在市政、水利、石化等行业。