城市给水泵站全变频变压变流量运行控制优化研究

论文摘要

给水泵站是城市给水系统的重要组成部分,供水系统内电能到机械能的转化主要在这一单元完成,目前给水泵站在设计和运行中主要存在:泵站节能优化意识差、工艺及设备老化、自控水平低等问题,使得给水泵站的能量浪费现象严重,节能潜力较大。通过查阅国内外关于泵站优化研究的资料,对给水系统优化与泵站优化关系、已有泵站的节能改造和水泵叶轮切削、泵站的调流方法与水泵调速方式、泵站变频调速的特点、水厂清水池容积等问题进行了分析与归纳,为后面的泵站运行优化建模奠定了基础,也为给水泵站的实际运行控制提供了理论参考和指导。利用基本遗传算法求解泵站运行优化模型,通过查阅相关文献,总结出了基本遗传算法在求解泵站优化模型中的应用方法和步骤。取水泵站一般按最不利情况配置水泵机组,采用定速方式运行,当地表水水位在一年或一天当中有较大变化时,定速运行水泵机组无法满足实时高效、稳定取水要求,为满足取水要求,水泵会大部分时间运行在低效率段,造成能量浪费。送水泵站常用的节能方式是对泵站内水泵组配置一到两台变频调速设备进行调速、定速并联恒压控制运行,实际运行表明这种节能方式的节能效果不理想。分析发现上述节能方式节能效果差的主要原因有:①恒压控制方式没有充分发挥变频调速的节能优势,仍具有节能潜力;②由于并联水泵之间流量的相互影响,调速、定速并联水泵机组的实际变频调流能力远小于单泵理论变频调流能力,泵站调流仍需靠节流调节实现。本文对以地表水为水源的取水泵站建立了全变频变压力控制优化模型——实时最小轴功率模型,在模型中首次引入实时元素t,解决了泵站实时变压控制思想在模型中表达的问题。本文对送水管网中无调节构筑物的送水泵站建立了全变频变压、变流量控制优化模型——实时流量方差模型,在模型中依然通过实时元素t来体现变压、变流量的控制思想,同时在优化模型中创造性的利用极限思想使泵站流量逼近实际需要流量,解决了Cohen.G提出的最小流量方差模型中流量描述失真的问题。利用matlab7.0自带的遗传算法与直接搜索工具箱对所建模型进行求解,通过求解模型得到泵站节能运行的控制策略。经实际工程数据验证了所建模型的可行性,计算结果显示出全变频变压控制策略的良好节能效果。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 给水泵站概述
• 1.1.1 水泵分类
• 1.1.2 泵站分类
• 1.2 给水泵站现状与问题
• 1.2.1 给水泵站现状
• 1.2.2 给水泵站存在的主要问题
• 1.3 给水泵站优化研究现状与存在的问题
• 1.3.1 给水泵站节能优化研究现状
• 1.3.2 泵站节能优化研究存在的不足
• 1.4 论文研究内容与意义
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究内容的基本框架
• 1.4.3 研究意义
• 1.5 优化研究的四个假设条件
• 2 城市给水泵站优化研究基础
• 2.1 给水系统优化
• 2.2 旧泵站改造的优化问题
• 2.2.1 泵站改造常用方案比较
• 2.2.2 泵站改造注意事项
• 2.2.3 水泵叶轮切削
• 2.3 离心水泵特性
• 2.3.1 相似工况抛物线
• 2.3.2 离心泵的六个基本性能参数
• 2.3.3 特性曲线
• 2.4 泵站调流与水泵调速
• 2.4.1 泵站流量调节方式
• 2.4.2 水泵调速常用方法
• 2.4.3 调速水泵的节能原理
• 2.5 水泵变频调速
• 2.5.1 变频器原理和计算
• 2.5.2 变频调速特点
• 2.5.3 应用变频调速注意事项
• 2.5.4 变频调速中水泵机组效率问题
• 2.5.5 泵站内变频器配置问题
• 2.5.6 泵站内调速泵的最佳台数
• 2.6 水厂清水池容积的探讨
• 2.7 泵站运行优化建模方法
• 3 遗传算法
• 3.1 遗传算法的运行过程
• 3.1.1 遗传算法的基本流程
• 3.1.2 遗传算法的基本操作
• 3.2 基本遗传算法的原理
• 3.2.1 基本遗传算法的数学模型
• 3.2.2 基本遗传算法的步骤
• 4 城市取水泵站节能优化
• 4.1 引言
• 4.2 取水泵站优化
• 4.2.1 取水泵站运行优化的数学模型
• 4.2.2 模型求解准备
• 4.3 实例
• 4.3.1 概况
• 4.3.2 数据处理
• 4.3.3 求解
• 4.4 小结
• 5 城市送水泵站运行的优化
• 5.1 引言
• 5.2 恒压变频供水与变压变频供水比较
• 5.2.1 理论分析
• 5.2.2 实例比较
• 5.3 实时流量方差模型
• 5.3.1 最小流量方差模型解析
• 5.3.2 实时流量方差模型
• 5.4 送水泵站优化
• 5.4.1 送水泵站运行优化的数学模型
• 5.4.2 模型求解准备
• 5.5 实例
• 5.5.1 概况
• 5.5.2 数据处理
• 5.5.3 求解
• 5.6 小结
• 6 结论和建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录