如何優(yōu)化泵站單機(jī)組變速運(yùn)行

包玉龍 馬華明

【摘 要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各行業(yè)經(jīng)濟(jì)建設(shè)有了很大的改進(jìn)，我國(guó)泵站單機(jī)組變速隨著技術(shù)不斷提升優(yōu)化程度也不斷深入，由于電價(jià)和水位變幅因素，提出了使用電費(fèi)運(yùn)行最少量為目標(biāo)，泵的轉(zhuǎn)速為事項(xiàng)決策變量，約束規(guī)定時(shí)間內(nèi)抽水總量的單機(jī)組變速優(yōu)化運(yùn)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型。本文主要闡述了泵站淡季組變速運(yùn)行的優(yōu)化。

【關(guān)鍵詞】泵站；單機(jī)組變速運(yùn)行；優(yōu)化

對(duì)我國(guó)泵站變速的優(yōu)化多出現(xiàn)在城鎮(zhèn)水廠，經(jīng)過我國(guó)多年對(duì)變頻設(shè)備技術(shù)的研究和借鑒國(guó)外的成果，在很多大型水調(diào)中進(jìn)行安裝使用得到了非常廣泛的應(yīng)用。我國(guó)大型泵站單機(jī)組變速運(yùn)行的不斷升級(jí)和廣泛使用得到了人們更多的關(guān)注。我國(guó)單機(jī)組變速運(yùn)行在國(guó)外技術(shù)成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行單機(jī)組變速的優(yōu)化分析，主要是對(duì)變幅不同的水位情況下泵站單機(jī)組變速運(yùn)行的規(guī)律，為我國(guó)南水北調(diào)工程泵站等一些大型水調(diào)工程群進(jìn)行優(yōu)化提供參考數(shù)據(jù)。

一、單機(jī)組變速日運(yùn)行優(yōu)化模型的建立

以總耗電費(fèi)最低為目標(biāo)函數(shù)，不同時(shí)間段泵的轉(zhuǎn)速為事項(xiàng)變量，規(guī)定時(shí)段內(nèi)的抽水總量為約束條件，以此條件進(jìn)行單機(jī)組變速優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的建立：

目標(biāo)函數(shù)：

其中，f1、fi表示1d不同時(shí)間段泵運(yùn)行電費(fèi)；Qi（ni）表示不同時(shí)間段泵的水流量；Qi（ni） =0表示在此時(shí)間段泵處于停機(jī)狀態(tài)；SN表示1d運(yùn)行時(shí)間段的分割；Hi表示不同時(shí)間段的時(shí)均揚(yáng)程；Ti表示不同時(shí)間段時(shí)間時(shí)長(zhǎng)劃分；Pi表示不同時(shí)間段的電價(jià)：We表示日提水總量。

二、單機(jī)組變速日運(yùn)行優(yōu)化分析

單向組變速優(yōu)化運(yùn)行以江都四站為例進(jìn)行具體分析：江都四站內(nèi)通過對(duì)設(shè)備的運(yùn)行優(yōu)化安裝了7臺(tái)軸流泵，額定轉(zhuǎn)速是150r/ min。該站通過單機(jī)組不同壓力環(huán)境和不同時(shí)間段提水量為限制條件對(duì)單機(jī)組變速的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化。

（一）相關(guān)變量與參數(shù)確定

（1）階段峰谷電價(jià)：峰谷電價(jià)在0.978元KW/h，峰谷時(shí)間是從7：00- - - 11：00，17：00- - - 21：00時(shí)；非峰谷電價(jià)在0.587元/KW/h，非峰谷時(shí)間是從：11：00- - - 17：00時(shí)，21：00- - - 23：00時(shí)，沒有進(jìn)行分割時(shí)間段電價(jià)是在0.783元/KW/h。由于大型泵站不能對(duì)泵站開停機(jī)進(jìn)行頻繁轉(zhuǎn)換，把全日根據(jù)電量情況分為9個(gè)不同時(shí)間段，具體數(shù)據(jù)見表1。

（2）不同轉(zhuǎn)速的流量、效率計(jì)算

泵在正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速的變化需要規(guī)范在一定的范圍內(nèi)，一定變化范圍內(nèi)泵的流量和功率需要符合規(guī)定的比利率，并且在此基礎(chǔ)上對(duì)一些工作狀況比較相似的，效率不變。所以，在葉片安放角不變的基礎(chǔ)上，由額定轉(zhuǎn)速時(shí)流量與裝置揚(yáng)程能夠得到不同時(shí)間段的轉(zhuǎn)速下裝置揚(yáng)程流量和對(duì)應(yīng)裝置效率即

根據(jù)本站水泵性能可以得出，如果葉片安放角度為0度時(shí)，額定轉(zhuǎn)速為150r/min時(shí)對(duì)應(yīng)裝置揚(yáng)程-流量和效率-揚(yáng)程之間的函數(shù)關(guān)系為以下兩個(gè)公式：

H=- 010183Q2+019596Q- 3.6323 （R2=0.999）

ηz=- 0.0037Q3+0.103Q2+6.833Q- 128.23 （R2=0.999）

根據(jù)以上公式可以得出在任何轉(zhuǎn)速下的揚(yáng)程-流量和裝置效率-流量關(guān)系。狀態(tài)變量和決策變量?jī)烧咴谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)進(jìn)行變動(dòng)，決策變量離散是：ni=125，130，，，152，155r/min。狀態(tài)變量K按照等步長(zhǎng)進(jìn)行離散。

（二）模型求解與分析

（1）峰谷電價(jià)模型分析結(jié)果：泵站在進(jìn)行正常運(yùn)行時(shí)，需要對(duì)峰谷電價(jià)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，應(yīng)當(dāng)根據(jù)單機(jī)組在不同時(shí)間段的不同運(yùn)行方式和與此相互對(duì)應(yīng)的日均揚(yáng)程和潮位過程進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。

（1）在進(jìn)行日均揚(yáng)程、負(fù)荷工作和典型潮位過程時(shí)需要對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行有效的優(yōu)化，計(jì)算方法使用的是動(dòng)態(tài)規(guī)則遞推方法，以此來獲得相應(yīng)的單機(jī)組變速優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果。泵在進(jìn)行正常運(yùn)行提水時(shí)，滿負(fù)荷工作狀態(tài)下，提水量不但要符合規(guī)定，一般應(yīng)大于2.95×106m3，使用變速優(yōu)化結(jié)果運(yùn)行，而且泵的日單位提水費(fèi)用應(yīng)為183.3元/萬m3；但是對(duì)于額定勻速運(yùn)行的單位提水費(fèi)用為176.5元/萬m3，由此可以看出，變速運(yùn)行產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于變頻裝置的損耗。

（2）不同負(fù)荷、不同日均揚(yáng)程的優(yōu)化計(jì)算結(jié)果

由于江都泵站和南水北調(diào)泵站有很多不同，經(jīng)濟(jì)建設(shè)條件也有很大差別，所以，具有不同的符合的工作環(huán)境，如果泵站工作負(fù)荷量在85%時(shí)，揚(yáng)程不同使變速運(yùn)行也有很大差異，這種變速產(chǎn)生的差異和勻速運(yùn)行相比，單位費(fèi)用能夠節(jié)省13%。泵在變速運(yùn)行情況下，不開機(jī)的時(shí)間段都處在高電價(jià)時(shí)間段。泵在負(fù)荷工作狀態(tài)下，有65%揚(yáng)程低于615m，這在很大程度上能夠節(jié)省單位提水能耗，并且低揚(yáng)程運(yùn)行情況下節(jié)省效果更為顯著。在這種長(zhǎng)期節(jié)省效益中通過10年左右的有效運(yùn)行，可以償還變頻裝置的投資。變頻裝置也有一定的運(yùn)行使用壽命，需要考慮到裝置的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，從經(jīng)濟(jì)角度來進(jìn)行分析，不考慮峰谷電價(jià)和變頻裝置投資價(jià)格，江都四站在進(jìn)行單機(jī)組變速優(yōu)化中完全可以不適用變頻設(shè)備。

三、結(jié)束語

在對(duì)水泵型號(hào)進(jìn)行選擇時(shí)，需要對(duì)揚(yáng)程和流量作為主要選擇時(shí)的參考，但是在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)根據(jù)用戶的實(shí)際需要對(duì)工作狀況進(jìn)行不同的改變和調(diào)整。在提高效率的前提下應(yīng)當(dāng)滿足揚(yáng)程和流量要求。所以，需要通過工作狀況進(jìn)行不同的調(diào)整來提高單機(jī)組運(yùn)行效率，這對(duì)泵站的整個(gè)運(yùn)行效率有非常重要意義。我國(guó)最常使用的水泵調(diào)節(jié)方式有兩種分別是：變頻變速調(diào)節(jié)和葉片全調(diào)節(jié)。水泵運(yùn)行性能曲線是進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)非常重要的依據(jù)。

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