泵站主动高效运行方法及泵站系统与流程

本发明涉及一种泵站主动高效运行方法及泵站系统。适用于水利工程自动控制领域。

背景技术：

1、大型泵站在远距离调水、防洪、排涝、给水排水工程中起到了重要作用，泵站通过水泵机组由低往高抽水以达到提升水头的目的，若以泵站出水、进水侧定义泵站上、下游，则上游水位一般明显高于下游水位，从而形成一定扬程。此时水泵机组运行于最优工况区间，振动小、效率高。

2、传统经济运行方式主要在既定的上、下游水位条件下，通过合理搭配水泵机组运行组合以及流量达到较高运行效率的目的，属于受扬程约束的被动式优化运行方法。然而，泵站上、下游水位受天然径流影响，在洪涝、干旱条件下泵站上、下游水位可能过高或过低，水泵机组扬程极大偏离最优工况区域，运行效率低下，且仅靠调整水泵机组流量难以提高机组运行效率，甚至因为扬程过低而无法启动，进而导致泵站在最需要其发挥防洪抗旱作用的时期无法正常运行。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种泵站主动高效运行方法及泵站系统，以克服泵站在汛期和旱期等极端上、下游水位条件下无法高效运行的问题。

2、本发明所采用的技术方案是：一种泵站主动高效运行方法，其特征在于，包括：

3、获取当前时刻t0泵站上、下游蓄水池的水位，以及各水泵机组的流量和输入功率；

4、基于上、下游蓄水池的水位，以及各水泵机组的流量和输入功率，计算当前时刻各水泵机组的效率；

5、若任一水泵机组的效率低于预设值，则基于上、下游蓄水池的当前时刻水位与上、下游蓄水池正常水位范围的关系确定闸门是否参与优化，以及参与泵站运行优化的闸门；

6、若闸门参与优化，以各水泵机组流量、参与优化闸门的开度为决策变量，以△t时段后泵站等效效率最高为优化目标，确定各水泵机组的最优流量和参与优化闸门的最优开度；

7、若闸门不参与优化，以各水泵机组流量为决策变量，以△t时段后泵站等效效率最高为优化目标，确定各水泵机组的最优流量。

8、所述若任一水泵机组的效率低于预设值，则基于上、下游蓄水池的当前时刻水位与上、下游蓄水池正常水位范围的关系确定闸门是否参与优化，以及参与泵站运行优化的闸门，包括：

9、若上游蓄水池水位小于上游蓄水池正常水位范围下限，且下游蓄水池水位不大于上游蓄水池正常水位范围上限，则上游闸门参与优化；

10、若下游蓄水池水位大于上游蓄水池正常水位范围上限，且上游蓄水池水位不小于上游蓄水池正常水位范围下限，则下游闸门参与优化；

11、若上游蓄水池水位小于上游蓄水池正常水位范围下限，且下游蓄水池水位大于上游蓄水池正常水位范围上限，则上、下游闸门同时参与优化；

12、若上游蓄水池水位处于上游蓄水池正常水位范围内，且下游蓄水池水位处于下游蓄水池正常水位范围内，则上、下游闸门均不参与优化。

13、所述以各水泵机组流量、参与优化闸门的闸门开度为决策变量，以△t时段后泵站等效效率最高为优化目标，确定各水泵机组的最优流量和参与优化闸门的最优开度，包括：

14、基于闸门开度、闸门前后水位、闸门前后水位差与过闸流量的多维映射关系，确定参与优化闸门的过闸流量；

15、基于各水泵机组流量和参与优化闸门的过闸流量，确定参与优化闸门和蓄水池的净流入流量；

16、基于蓄水池的净流入流量，确定△t时段后蓄水池的水位变化量，进而得到△t时段后的水泵扬程；

17、基于各水泵机组流量和△t时段后的水泵扬程结合流量、扬程、效率的三维映射关系，确定△t时段后各水泵机组的效率，进而确定△t时段后泵站的等效效率。

18、所述以各水泵机组流量、参与优化闸门的闸门开度为决策变量，以△t时段后泵站等效效率最高为优化目标，确定各水泵机组的最优流量和参与优化闸门的最优开度，包括：

19、1)针对时段△t，将水泵机组流量qi、上游闸门相对开度gu或下游闸门相对开度gd或上下游闸门相对开度(gu、gd)作为决策变量，组成决策向量[q1,q2,…,qn-1,gu]或[q1,q2,…,qn-1,gd]或[q1,q2,…,qn-1,gu,gd]，n为水泵机组台数，qn根据流量约束确定；

20、2)以△t时段末的泵站等效效率最高为目标函数，采用粒子群优化算法，将决策向量作为粒子的位置向量，在各自阈值范围内进行初始化，得到位置向量或或

21、3)在时段△t内以微小时段△t为步长，根据闸门开度、闸门前后水位、闸门前后水位差与过闸流量的多维映射关系，结合参与优化闸门的前后水位、水位差、闸门开度，求得过闸流量，进而根据水泵机组流量之和与过闸流量求得参与优化闸门与泵站之间蓄水池的净流入流量；

22、4)根据参与优化闸门与泵站之间蓄水池的流入流量，计算该蓄水池的水位变化量，进而得到△t时段后的水泵扬程；

23、5)根据流量、扬程、效率的三维映射关系得到t0+△t时刻各水泵机组效率，进而得到△t时段后泵站的等效效率；

24、6)以△t为步长重复步骤3)至5)，迭代计算直至获得△t时段末的泵站等效效率；

25、7)以△t时段末的泵站等效效率作为粒子适应度，考虑如下约束条件：

26、约束1：所有水泵机组流量之和应等于泵站调令流量；

27、约束2：每台机组流量应在其设计范围内；

28、约束3：闸门相对开度应在全关和全开之间；

29、约束4：闸门开度在△t时段内的变化量不超过其上限。

30、在上述约束条件规定的优化可行域内利用粒子群优化算法对各水泵机组水泵流量和参与优化闸门的闸门开度进行迭代优化，得到各水泵机组最优水泵流量和参与优化闸门的最优闸门开度。

31、所述以各水泵机组流量为决策变量，以△t时段后泵站等效效率最高为优化目标，确定各水泵机组的最优流量，包括：

32、基于上、下游闸门开度结合闸门开度、闸门前后水位、闸门前后水位差与过闸流量的多维映射关系，确定上、下游闸门的过闸流量；

33、基于各水泵机组流量和上、下游闸门的过闸流量，确定上、下游蓄水池的净流入流量；

34、基于上、下游蓄水池的净流入流量，确定△t时段后上、下游蓄水池的水位变化量，进而得到△t时段后的水泵扬程；

35、基于各水泵机组流量和△t时段后的水泵扬程结合流量、扬程、效率的三维映射关系，确定△t时段后各水泵机组的效率，进而确定△t时段后泵站的等效效率。

36、所述以各水泵机组流量为决策变量，以△t时段后泵站等效效率最高为优化目标，确定各水泵机组的最优流量，包括：

37、1)针对时段△t，将水泵机组流量qi作为决策变量，组成决策向量[q1,q2,…,qn-1]，n为水泵机组台数，qn根据流量约束确定；

38、2)以△t时段末的泵站等效效率最高为目标函数，采用粒子群优化算法，将决策向量作为粒子的位置向量，在其阈值范围内进行初始化，得到位置向量

39、

40、3)在时段△t内以微小时段△t为步长，根据闸门开度、闸门前后水位、闸门前后水位差与过闸流量的多维映射关系，结合上、下游闸门的前后水位、水位差、闸门开度，求得过闸流量，进而根据水泵机组流量之和与过闸流量求得参与上、下游蓄水池的净流入流量；

41、4)根据上、下游蓄水池的净流入流量，计算上、下游蓄水池的水位变化量，进而得到△t时段后的水泵扬程；

42、5)根据流量、扬程、效率的三维映射关系得到t0+△t时刻各水泵机组效率，进而得到△t时段后泵站的等效效率；

43、6)以△t为步长重复步骤3)至5)，迭代计算直至获得△t时段末的泵站等效效率；

44、7)以△t时段末的泵站等效效率作为粒子适应度，考虑如下约束条件：

45、约束1：所有水泵机组流量之和应等于泵站调令流量；

46、约束2：每台机组流量应在其设计范围内；

47、在上述约束条件规定的优化可行域内利用粒子群优化算法对各水泵机组水泵流量进行迭代优化，得到最优水泵流量。

48、还包括：

49、判断闸门不参与优化情况的优化结果中任一水泵机组的效率是否低于预设值；

50、若任一水泵机组的效率低于预设值，则比较上游蓄水池水位与上游蓄水池正常水位范围下限差值、下游蓄水池水位与下游蓄水池正常水位范围上限差值，选择差值大侧对应的闸门为参与泵站运行优化的闸门；

51、以各水泵机组流量、参与优化闸门的开度为决策变量，以△t时段后泵站等效效率最高为优化目标，确定各水泵机组的最优流量和参与优化闸门的最优开度。

52、还包括：

53、基于各水泵机组的最优流量和相应扬程，结合流量、扬程、叶角的三维映射关系，确定各水泵机组的最优水泵叶角。

54、一种存储介质，其上存储有能被处理器执行的计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被执行时实现所述泵站主动高效运行方法的步骤。

55、一种泵站控制设备，具有存储器和处理器，存储器上存储有能被处理器执行的计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被执行时实现所述泵站主动高效运行方法的步骤。

56、一种泵站系统，其特征在于，包括：

57、泵站，其内安装有多台水泵机组；

58、上游闸门，设置于所述泵站上游，其与泵站之间形成上游蓄水池，该闸门上游为上游河道；

59、下游闸门，设置于所述泵站下游，其与泵站之间形成下游蓄水池，该闸门下游为下游河道；

60、水位计，对应上、下游蓄水池和上、下游河道设置，用于采集上、下游蓄水池水位和上、下游河道水位；

61、流量计，对应所述泵站内的各水泵机组设置，用于监测水泵机组的流量；

62、泵站控制设备，与所述水泵机组、上、下游闸门、水位计和流量计电路连接；

63、所述泵站控制设备具有存储器和处理器，存储器上存储有能被处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被执行时实现所述泵站主动高效运行方法的步骤。

64、本发明的有益效果是：本发明将泵站上、下游闸门开度纳入泵站调控的控制范围，通过上、下游闸门开度的主动变化控制水泵机组扬程，同时考虑泵站上、下游水位组合采用针对性优化策略，达到水泵机组扬程和叶角的联合优化调控的目的，增加了泵站调控维度和灵活度，可有效扩大水泵机组的高效运行的上、下游水位范围，显著提高泵站整体运行效率。