CN109899279B - 一种泵站节能调度***及其调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种泵站节能调度***及其调度方法。本发明的泵站节电调度***，包括参数输入模块、采集模块、存储模块、运算模块和调度模块。本发明的泵站节电调度方法，是由历史数据统计获得泵站各流量区间内的最佳泵站运行模式及其泵站总功率均值，通过当前泵站运行模式和最佳泵站运行模式的比较作出是否予以调度的指令。采用本发明提供的泵站节能调度***及其调度方法，可以根据有限种类的泵站运行数据，准确地给出泵站内各泵启停状态的调度指令，最大限度地实现泵站节能目的，本发明方法具有逻辑简单、普适性好、稳定可靠和易于编程实现的优点。
Description
技术领域
本发明属于泵站节能调度技术领域，具体涉及一种泵站节能调度***及其调度方法。
背景技术
泵广泛地用于工农业生产和居民生活的各个场合，发挥着液体输送的作用。大量应用场合下多台泵串并联组成泵站工作，且每台泵由其对应的电机驱动提供工作动力。由于应用场合下泵站需要输送的液体介质流量往往并不恒定，且泵站内需要一定数目的泵处于停止备用状态以免不时之需，故在不同的流量区间内，泵站内各泵的开启和停止状态对应着多种组合模式。由于每一台泵及其对应的电机的性能参数和能耗状态各不相同，所以泵站内各泵不同的启停组合模式下泵站的总功率往往存在较大的差别。因此，有必要根据泵站输送流量的需要，确定每个流量区间内总功率最低的泵站启停组合运行模式，并形成实时调度***——若当前流量区间内泵站的实际运行模式并非总功率最低的最佳运行模式，则给出调度指令并计算当前泵站运行模式和最佳泵站运行模式之间的总功率差值作为节电功率值。然而，现有的泵站节能调度***依赖大量而精确的泵性能曲线信息和现场多种类别的运行信息，且需要专业技术人员长期的技术沉淀和经验积累，十分费时费力且缺乏通用性和客观性。
因此，针对现有泵站节能调度方法的不足，如何从泵站运行过程的大量历史数据中挖掘有效信息，从而在不依赖具体的泵性能曲线的情况下，客观准确地作出泵站节能调度指令，是一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种用于将泵站实时运行数据和历史统计数据进行比较并根据比较结果作出泵站内各泵启停的调度指令的泵站节能调度***。
本发明的上述目的是通过如下的技术方案来实现的：
该泵站节能调度***，它包括参数输入模块、采集模块、存储模块、统计模块和调度模块；参数输入模块、采集模块、存储模块、统计模块依次电性连接，采集模块和统计模块分别与调度模块电性连接；其中：
(a)参数输入模块：用于输入泵站内各泵对应电机的相数、额定电压和额定功率因素；
(b)采集模块：用于实时采集通过泵站的流体总流量和各泵对应电机的电流值；
(c)存储模块：用于存储采集模块采集的数据和运算模块运算的结果；
(d)运算模块：用于对存储模块存储的历史数据进行统计分析和计算，给出各流量区间内的最佳泵站运行模式及其对应的总功率；
(e)调度模块：用于将采集模块的采集值对应的当前流量区间和当前泵站运行模式与运算模块的该流量区间内的最佳泵站运行模式进行比较，并给出调度指令。
本发明的目的之二在于提供基于上述泵站节能调度***的调度方法，以解决现有的泵站节能调度过于依赖泵性能曲线信息和专业技术人员的技术和经验、且不够客观和准确的技术问题。该方法包括如下步骤：
(a)电机参数输入步骤：通过参数输入模块按次序分别输入泵站各泵对应电机的相数、额定电压和额定功率因素；
(b)运行数据采集步骤：通过采集模块实时采集通过泵站的流体总流量和各泵对应电机的电流值；
(c)数据存储步骤：通过存储模块存储运行数据采集值；
(d)运行数据模式编码步骤：通过运算模块对数据存储模块存储的每一条运行数据进行泵站运行模式编码，并计算其对应的泵站总功率值；
(e)历史流量区间统计步骤：通过运算模块对所有历史运行数据，按流量划分区间，统计得到每一区间内各泵站运行模式编码所对应的泵站总功率值的平均值，并得到各个历史流量区间内的最佳泵站运行模式及其对应的泵站总功率平均值；
(f)当前运行模式编码步骤：通过运算模块对当前采集的数据进行模式编码，得到当前的泵站运行模式；
(g)通过运算模块判断当前泵站运行模式是否在历史流量区间统计结果中，若否，将当前运行模式更新至历史流量区间统计结果中；若是，则转入下一步骤(h)；
(h)通过运算模块判断当前泵站运行模式是否步骤(e)所述历史流量区间最佳模式，若否，通过调度模块给出最佳调度指令并计算其与当前泵站运行模式的泵站总功率之差，给出节电功率值；若是，不作出调度，结束本次判断。
具体的，步骤(d)所述运行数据模式编码是，依次比较泵站内各泵对应电机的电流值与电流临界值的大小，若电机电流值大于电流临界值，则对该位置的泵编码为1，否则编码为0，由此形成表征泵站内各泵启停状态的一串编码。
具体的，步骤(d)中，泵站总功率值的计算是，根据电机参数输入信息和采集得到的各泵对应电机的电流值，依次求出各泵对应电机的功率后再求和得到每条运行数据的泵站总功率值。
具体的，步骤(e)所述历史流量区间统计具体包括如下步骤：
(Ⅰ)划分历史流量区间步骤：按泵站总流量从小到大的顺序将历史流量区间均匀划分为若干等份，形成若干历史流量区间；
(II)计算流量区间内各泵站运行模式对应的泵站总功率均值步骤：在每个历史流量区间，根据泵站运行模式对历史数据进行分组，统计该历史流量区间内每个泵站运行模式对应的泵站总功率值的平均值；
(Ⅲ)确定各历史流量区间内最佳泵站运行模式及其对应的总功率均值步骤：在每个历史流量区间，将泵站总功率均值最小的泵站运行模式作为该历史流量区间内的最佳泵站运行模式。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明将离心泵及对应的电机结合考虑，只需要采集泵站流量和各电机电流数据，采集信息种类少易于实现，且提供了泵站的运行模式编码方法，极大地方便了不同泵站流量下泵站运行模式的判定和分组比较。
(2)本发明泵站节能调度指令的作出建立在泵站历史数据的统计分析基础上，不需要依赖具体的泵站设计方案、泵性能曲线和管网信息，这极大地扩大了泵站节能调度***及其调度方案的应用范围，增加了泵站调度的稳定性和可靠性。
(3)本发明提供的调度***及其调度方法，普适性广，逻辑清晰，操作简便，成本较低且易于编程实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图，其中：
图1是本发明泵站节能调度***实施例的功能模块结构框图。
图2是本发明泵站节能调度方法实施例的流程框图。
图3是本发明实施例的泵站连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
参见图1，本实施例的泵站节能调度***，它包括参数输入模块1、采集模块2、存储模块3、统计模块4和调度模块5；参数输入模块1、采集模块2、存储模块3、统计模块4依次电性连接，采集模块2和统计模块4分别与调度模块5电性连接；其中：
(a)参数输入模块1：用于输入泵站内各泵对应电机的相数、额定电压和额定功率因素；
(b)采集模块2：用于实时采集通过泵站的流体总流量和各泵对应电机的电流值；
(c)存储模块3：用于存储采集模块2采集的数据和运算模块4运算的结果；
(d)运算模块4：用于对存储模块3存储的历史数据进行统计分析和计算，给出各流量区间内的最佳泵站运行模式及其对应的总功率；
(e)调度模块5：用于将采集模块2的采集值对应的当前流量区间和当前泵站运行模式与运算模块4的该流量区间内的最佳泵站运行模式进行比较，并给出调度指令。
参见图2，本发明其于上述泵站节能调度***的调度方法，包括如下步骤：
(a)电机参数输入步骤S1：通过参数输入模块1按次序分别输入泵站各泵对应电机的相数、额定电压和额定功率因素；
(b)运行数据采集步骤S2：通过采集模块2实时采集通过泵站的流体总流量和各泵对应电机的电流值；
(c)数据存储步骤S3：通过存储模块3存储运行数据采集值；
(d)运行数据模式编码步骤S4：通过运算模块4对数据存储模块3存储的每一条运行数据进行泵站运行模式编码，并计算其对应的泵站总功率值。具体过程是，依次比较泵站内各泵对应电机的电流值与电流临界值的大小，若电机电流值大于电流临界值，则对该位置的泵编码为1，否则编码为0，由此形成表征泵站内各泵启停状态的一串编码；再根据电机参数输入信息和采集得到的各泵对应电机的电流值，依次求出各泵对应电机的功率后再求和得到每条运行数据的泵站总功率值。
(e)历史流量区间统计步骤S5：通过运算模块4对所有历史运行数据，按流量划分区间，统计得到每一区间内各泵站运行模式编码所对应的泵站总功率值的平均值，并得到各个历史流量区间内的最佳泵站运行模式及其对应的泵站总功率平均值；具体包括如下步骤：
(Ⅰ)划分历史流量区间步骤：按泵站总流量从小到大的顺序将历史流量区间均匀划分为若干等份，形成若干历史流量区间；
(II)计算流量区间内各泵站运行模式对应的泵站总功率均值步骤：在每个历史流量区间，根据泵站运行模式对历史数据进行分组，统计该历史流量区间内每个泵站运行模式对应的泵站总功率值的平均值；
(Ⅲ)确定各历史流量区间内最佳泵站运行模式及其对应的总功率均值步骤：在每个历史流量区间，将泵站总功率均值最小的泵站运行模式作为该历史流量区间内的最佳泵站运行模式。
(f)当前运行模式编码步骤S6：通过运算模块4对当前采集的数据进行模式编码，得到当前的泵站运行模式；
(g)步骤S7：通过运算模块4判断当前泵站运行模式是否在历史流量区间统计结果中，若否，将当前运行模式更新至历史流量区间统计结果中；若是，则转入下一步骤(h)；
(h)步骤S8：通过运算模块4判断当前泵站运行模式是否步骤(e)所述历史流量区间最佳模式，若否，通过调度模块5给出最佳调度指令并计算其与当前泵站运行模式的泵站总功率之差，给出节电功率值；若是，不作出调度，结束本次判断。
下面是运用本发明方法的具体工程实例：
参见图3，某泵站由5台泵并联构成，每台泵对应1台电机为该泵提供动力，每台泵进口侧和出口侧分别安装1台截止阀和1台闸阀。泵站出口母管安装有流量计F和调节阀V。对1#泵，图3中的泵编号为P1，驱动泵P1的电机编号为M1，泵P1的进口截止阀编号为PV1I，泵P1的出口闸阀编号为PV1O，2#泵至5#泵所对应连接的电机及部件编号依次类推。图3中只画出了泵P1、泵P5及二者对应的电机和进出口阀门，泵P2、泵P3和泵P4则予以省略。
泵P1至泵P5对应的电机M1至M5的输入参数均相同，其相数为三相电机，额定电压10kV，额定功率因素0.88。但是泵P1至泵P5自身的性能曲线各不相同且未知。
作为示例说明，某时间段采集的3条运行数据见表1，表2是对各条采集数据的泵站运行模式编码和总功率计算，其中电机电流临界值取0.5A。低于电机电流临界值时，该时刻电机状态为停止，否则为启动。表1中，以第1条运行数据为例，由于泵站中每台泵对应的电机均为额定电压10kV的三相电机，故泵站总功率＝电机M1电流*1.732*10+电机M2电流*1.732*10+电机M3电流*1.732*10+电机M4电流*1.732*10+电机M5电流*1.732*10＝584kW；其中电机M4和电机M5的电流值均低于电机临界电流值0.5A，则判断泵P4和泵P5处于停止状态，而电机M1、电机M2和电机M3的电流值均大于电机临界电流值0.5A，故判断泵P1、泵P2和泵P3处于启动状态，按照泵P1至P5的次序将此条数据的泵站运行模式编码为11100。
表1某时间段3条泵站运行数据采集值
表2某时间段3条泵站运行数据的运行模式编码和总功率计算
| 序号 | 泵站运行模式 | 泵站总功率(kW) |
| 1 | 11100 | 584 |
| 2 | 10011 | 654 |
| 3 | 11110 | 732 |
通过大量的历史数据，将泵站的流量区间等间隔划分为3500～4400m3/h共计15个流量区间，每个流量区间宽度为100m3/h。以3600～3700m3/h流量区间为例，共统计得到15种泵站运行模式编码，见表3，表3还列出每种运行模式下对应的泵站总功率均值统计结果。
表3 3600～3700m3/h流量区间下各泵站运行模式编码及其对应的总功率均值
表3中，运行模式编码为11100时，泵站供功率均值为该流量区间内所有运行模式编码下的最小值，故3600～3700m3/h流量区间内的最佳泵站运行模式是11100且其对应的泵站总功率均值为621kW。
当前时刻，采集得到的泵站流量是3673m3/h，各电机电流采集值对应的泵站运行模式是00111。使用调度模块5，查得当前流量对应的流量区间是3600～3700m3/h流量区间，该流量区间内的最佳泵站运行模式是11100且其对应的泵站总功率均值为621kW。判断得到当前泵站运行模式与该流量区间内的最佳泵站运行模式不符，故作出调度指令将泵站运行模式更改为00111，且计算出本次调度带来的节电功率为670-621＝49kW。即需要将泵站的电机M1和电机M2停止，电机M3、电机M4、电机M5均启动，泵站各电机启停操作后则适当调节出口母管阀门V将流量调整为3673m3/h左右。
本实施例提供的泵站节能调度***及其调度方法，根据泵站运行时的流量和各电机电流数据，结合用户从参数输入模块1输入的电机相关参数，充分利用采集数据的当前值并对历史数据进行深度挖掘，解决了现有的泵站节能调度技术必须依赖于泵性能曲线、管网信息的不足，同时不需要依靠专业技术人员长期的技术沉淀和经验积累，且具有逻辑简单、普适性好、稳定可靠、客观准确和易于编程实现的优点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种泵站节能调度方法，基于一种泵站节能调度***，所述泵站节能调度***包括参数输入模块(1)、采集模块(2)、存储模块(3)、运算模块(4)和调度模块(5)；参数输入模块(1)、采集模块(2)、存储模块(3)、运算模块(4)依次电性连接，采集模块(2)和运算模块(4)分别与调度模块(5)电性连接；其中：
(a)参数输入模块(1)：用于输入泵站内各泵对应电机的相数、额定电压和额定功率因素；
(b)采集模块(2)：用于实时采集通过泵站的流体总流量和各泵对应电机的电流值；
(c)存储模块(3)：用于存储采集模块(2)采集的数据和运算模块(4)运算的结果；
(d)运算模块(4)：用于对存储模块(3)存储的历史数据进行统计分析和计算，给出各流量区间内的最佳泵站运行模式及其对应的总功率；
(e)调度模块(5)：用于将采集模块(2)的采集值对应的当前流量区间和当前泵站运行模式与运算模块(4)的该流量区间内的最佳泵站运行模式进行比较，并给出调度指令；
其特征在于包括如下步骤：
(a)电机参数输入步骤：通过参数输入模块(1)按次序分别输入泵站各泵对应电机的相数、额定电压和额定功率因素；
(b)运行数据采集步骤：通过采集模块(2)实时采集通过泵站的流体总流量和各泵对应电机的电流值；
(c)数据存储步骤：通过存储模块(3)存储运行数据采集值；
(d)运行数据模式编码步骤：通过运算模块(4)对数据存储模块(3)存储的每一条运行数据进行泵站运行模式编码，并计算其对应的泵站总功率值；
(e)历史流量区间统计步骤：通过运算模块(4)对所有历史运行数据，按流量划分区间，统计得到每一区间内各泵站运行模式编码所对应的泵站总功率值的平均值，并得到各个历史流量区间内的最佳泵站运行模式及其对应的泵站总功率平均值；
(f)当前运行模式编码步骤：通过运算模块(4)对当前采集的数据进行模式编码，得到当前的泵站运行模式；
(g)通过运算模块(4)判断当前泵站运行模式是否在历史流量区间统计结果中，若否，将当前运行模式更新至历史流量区间统计结果中；若是，则转入下一步骤(h)；
(h)通过运算模块(4)判断当前泵站运行模式是否步骤(e)所述历史流量区间最佳模式，若否，通过调度模块(5)给出最佳调度指令并计算其与当前泵站运行模式的泵站总功率之差，给出节电功率值；若是，不作出调度，结束本次判断。
2.根据权利要求1所述泵站节能调度方法，其特征在于：步骤(d)所述运行数据模式编码是，依次比较泵站内各泵对应电机的电流值与电流临界值的大小，若电机电流值大于电流临界值，则对该位置的泵编码为1，否则编码为0，由此形成表征泵站内各泵启停状态的一串编码。
3.根据权利要求1所述泵站节能调度方法，其特征在于：步骤(d)中，泵站总功率值的计算是，根据电机参数输入信息和采集得到的各泵对应电机的电流值，依次求出各泵对应电机的功率后再求和得到每条运行数据的泵站总功率值。
4.根据权利要求1所述泵站节能调度方法，其特征在于：步骤(e)所述历史流量区间统计具体包括如下步骤：
(Ⅰ)划分历史流量区间步骤：按泵站总流量从小到大的顺序将历史流量区间均匀划分为若干等份，形成若干历史流量区间；
(Ⅱ)计算流量区间内各泵站运行模式对应的泵站总功率均值步骤：在每个历史流量区间，根据泵站运行模式对历史数据进行分组，统计该历史流量区间内每个泵站运行模式对应的泵站总功率值的平均值；
(Ⅲ)确定各历史流量区间内最佳泵站运行模式及其对应的总功率均值步骤：在每个历史流量区间，将泵站总功率均值最小的泵站运行模式作为该历史流量区间内的最佳泵站运行模式。
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