一种多台水泵并联变频运行的控制方法、装置、设备及存储介质与流程

本技术涉及水利水电及人工智能领域，尤其涉及一种多台水泵并联变频运行的控制方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、在水利项目中，扬程变幅较大时水泵采用变频装置，当多台水泵变频并联运行时，由于各台水泵变频方式的不同导致最终综合效率不尽相同，本发明在满足调水需求的同时，采用人工智能算法，优化和控制各水泵变频运行参数，使总体消耗功率最小，以达到降低能耗，提高综合能效的作用。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供一种多台水泵并联变频运行的控制方法、装置、设备及存储介质，以解决现有技术中控制模型简单，综合效率非最优的问题，以达到多台水泵并联变频运行时总体消耗功率最小、节约能源的目的。

2、为实现上述目的，本技术提供了如下技术方案：

3、一种多台水泵并联变频运行的控制方法，所述水泵调节方法应用于供水需求，所述供水需求包括相互并联的第一台水泵、第二台水泵、第三台水泵、第n台水泵，所述水并联运行水泵包括定转速水泵和至少一台变频水泵、安装于水泵输入端上的变频器，所述n台水泵总的水泵并联台数，其中变频水泵为1-i台，1≤i≤n，所述水泵控制方法包括：

4、1)分别获取所述第一台水泵、所述第二台水泵、所述第三台水泵、所述第n台水泵的第一水泵参数、第二水泵参数、第三水泵参数、第n水泵参数；水泵参数包括了各水泵对应的电机损耗功率及变频器损耗功率。

5、分别获取所述第一台水泵、所述第二台水泵、所述第三台水泵、所述第n台水泵在不同扬程段下的流量-综合效率参数，综合效率包括了电机效率和变频器效率，其中定转速水泵在每一扬程段下的流量-综合效率为定值。

6、获取各流量段的管道特性，即各流量段下的沿程阻力损失。

7、2)获取所述供水需求的运行策略，即供水所需总流量及运行时段；获取上下游水位差值，并根据各流量段的管道特性确定水泵扬程。

8、3)根据运行策略，通过第一算法，基于所述第一水泵参数、所述第二水泵参数、所述第三水泵参数、所述第n水泵参数，计算得到所述每一台水泵流量，根据对应水头下分配的流量构建流量原始配比模型：

9、(1)对于定转速水泵，水泵流量等于对应扬程下的固定流量；

10、(2)对于变频水泵，变频水泵总流量按如下计算所得：

11、qbz＝qz-σqdj

12、qbz：变频水泵总流量

13、qz：运行策略下，所有并联运行所有水泵总流量

14、qdj：第j台定转速水泵流量

15、(3)对于变频水泵，计算每台变频水泵流量，按如下计算所得：

16、qbi＝(pi/σpi)*qbz

17、qbi：第i台变频水泵流量

18、pi：第i台变频水泵所配电机功率。

19、n＝i+j

20、4)通过第二算法获取所述流量配比模型的最佳配比：

21、在多台水泵并联的系统中，在固定扬程段，定转速水泵部分的流量固定；变频水泵流量由转速确定，每一转速对应的综合效率不同，则整个流量配比模型的最佳配则由各变频水泵来确定。

22、对于变频水泵，在固定扬程段，改变水泵运行转速则流量改变，功率也发生相应改变，在总流量不变的情况下，使得所有接入功率配比中总功率期望值最低的作为所述最佳配比，该功率包括电机和变频器的功耗。

23、所有接入水泵的总功率按下式进行计算：

24、pz＝ρgh(q1/η1+q2/η2+...+qn/ηn)

25、pz:所有接入水泵的总功率；

26、ρ：输送介质(水)密度；

27、h：水泵扬程；

28、qn：第n台水泵流量；

29、ηn：第n台水泵综合效率；

30、对于定转速水泵，在固定扬程段的q/η视为定值；对于变频水泵，其q/η为关联曲线，为使总功率最小，需要所有变频水泵q/η的和最小，其数学模型见参考图5，图5中所示的i台变频水泵中，q1+q2+...+qi为定值，求取q1/η1+q2/η2+...+qi/ηi的最小值，其中ηi为每台变频水泵的综合效率，包括水泵、电机和变频器效率。当q1/η1+q2/η2+...+qi/ηi为最小值时变频水泵的总输入功率最小。数学模型如下：

31、目标函数：

32、

33、其中：p—所有接入水泵的总功率，kw；

34、ρ—输送介质(水)密度；

35、h—水泵扬程，m；

36、n1—定速泵的台数，台；

37、n2—变频泵的台数，台；

38、qj—第j台定速泵的流量，m3/s；

39、nj—第j台定速泵的综合效率；

40、qi，z—第i台变频泵在频率为z时的流量；

41、ηi，z—第i台变频泵在频率为z时的综合效率；

42、约束条件：

43、1、所有运行的泵的流量之和等于总流量：

44、

45、2、变频泵的流量约束：

46、qi＝0或qimin≤qi≤qimax

47、3、变频泵的效率约束：

48、ηimin≤ηi≤ηimax

49、4、定速泵和变速泵开机台数约束：

50、0≤j≤n1

51、0≤i≤n2

52、5、频率的约束：

53、30≤z≤50或变频器变频范围

54、本数学模型采用灰狼算法进行建模计算，该算法的基本思路步骤如下：

55、1、社会等级分层；

56、2、寻找跟踪包围猎物；

57、3、攻击猎物。

58、5)调节所述变频器的运行参数以使所述水泵的效率满足所述最佳配比。

59、基于所述最佳配比值得到所述各泵的控制流量及对应转速。对于变频水泵，在固定扬程段每一流量对应相应转速。为本技术的进一步改进，根据第二预设算法结果调节所述变频器的运行参数以使所述水泵的转速满足所述最佳配比转速，包括：

60、获取所述最佳配比中基于所述各泵的流量配比值；

61、基于所述配比值计算得到所述各泵的转速；

62、获取所述水泵的实时转速，并获取所述实时转速与所述最佳配比转速的差值最为控制信号；

63、根据所述控制信号控制所述变频器，以使所述差值小于等于预设阈值。

64、在运行中，当获取的上下游水位达另一扬程段时，重新计算另一扬程段的初始变频水泵流量配比，建立优化配比模型，调整变频水泵转速与配比流量对应。

65、在运行中，当运行策略发生变化流量改变时，重新计算水泵扬程，并初始变频水泵流量配比，建立优化配比模型，调整变频水泵转速与配比流量对应。

66、为实现上述目的，本技术还提供了如下技术方案：

67、一种水泵多台水泵并联变频运行的控制装置，所述水泵多台水泵并联变频运行的控制装置应用于如上述的多台水泵并联变频运行的控制方法，所述水泵调节装置包括：

68、1)水泵参数获取模块，分别获取所述第一台水泵、所述第二台水泵、所述第三台水泵、所述第n台水泵的第一水泵参数、第二水泵参数、第三水泵参数、第n水泵参数；水泵参数包括了各水泵对应的电机损耗功率及变频器损耗功率。

69、该模块还包括：分别获取所述第一台水泵、所述第二台水泵、所述第三台水泵、所述第n台水泵在不同扬程段下的流量-综合效率参数，综合效率包括了电机效率和变频器效率，其中定转速水泵在每一扬程段下的流量-综合效率为定值。

70、该模块还包括获取各流量段的管道特性，即各流量下的沿程阻力损失。

71、该模块还包括：分别获取所述第一台水泵、所述第二台水泵、所述第三台水泵、所述第n台水泵在不同扬程段下的流量-综合效率参数，综合效率包括了电机效率和变频器效率，其中定转速水泵在每一扬程段下的流量-综合效率为定值。

72、2)运行策略获取模块，获取所述供水需求的运行策略，即供水所需总流量及运行时段；获取上下游水位差值即水泵净扬程，并根据各流量段的管道特性确定水泵扬程。

73、3)初始流量配比模型构建模块，根据运行策略、管道特性及计算出的水泵扬程，基于所述第一水泵参数、所述第二水泵参数、所述第三水泵参数、所述第n水泵参数，通过第一预设算法，构建初始流量配比模型；

74、4)最佳配比获取模块，用于根据所述运行策略、管道特性、水泵并联运行特性，通过第二预设算法获取所述流量配比模型的最佳配比；

75、5)调节各变频器的运行参数以使所述水泵的流量满足所述最佳配比，从而达到综合运行效率最优的目的。

76、在运行中，当获取的上下游水位达另一扬程段时，回到步骤3、4、，重新计算另一扬程段的初始变频水泵流量配比，建立优化配比模型，调整变频水泵转速与配比流量对应。

77、在运行中，当运行策略发生变化流量改变时，回到步骤2、3、4、，重新计算水泵扬程，并初始变频水泵流量配比，建立优化配比模型，调整变频水泵转速与配比流量对应。

78、为实现上述目的，本技术还提供了如下技术方案：

79、一种电子设备，包括处理器、以及与所述处理器耦接的存储器，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令；所述处理器执行所述存储器存储的所述程序指令时实现如上述的多台水泵并联变频运行的控制方法。

80、为实现上述目的，本技术还提供了如下技术方案：

81、一种存储介质，所述存储介质内存储有程序指令，所述程序指令被处理器执行时实现能够实现如上述的多台水泵并联变频运行的控制方法。

82、本技术分别获取n个水泵参数等参数，通过供水需求的运行策略等条件计算流量初步配比，并采用第二算法计算最佳配比，最后通过变频器调节水泵的运行参数使水泵的流量满足所述最佳配比，本技术利用了变频器特性，在满足供水需求的运行策略同时，按运行策略包括供水需求和外部水位变化控制不同的变频器参数，以保证运行策略的总功率最小。

83、本技术以n台水泵并联进行说明，i台水泵配变频器，每台水泵基本参数可不同。对于实际工程中，所配总变频器在1台及以上并联运行水泵的控制方法本技术均实用。