水泵特性模型构建及其模型参数在线校正方法技术

本发明专利技术公开了水泵特性模型构建及其模型参数在线校正方法，拟合方法包括的步骤为：A1、准备数据，即根据水泵制造商提供的水泵特性曲线，获得出厂样本数据；A2、模型构建，即根据所述水泵特性曲线的变化特点构建特性方程来描述水泵特性曲线之间的非线性关系；A3、模型中参数的辨识，即确定和校正所述特性方程的参数。在线校正方法的步骤为：B1、设定校正周期；B2、采集水泵的现场实测数据；B3、对所述现场实测数据进行预处理；B4、采用上述拟合方法，对经过预处理的所述现场实测数据进行辨识，对建特性方程的参数进行校正更新。本发明专利技术采用参数辨识方法确定水泵特性曲线的参数，结合现场实测数据进行定期在线校正。数据进行定期在线校正。数据进行定期在线校正。

【技术实现步骤摘要】
水泵特性模型构建及其模型参数在线校正方法


[0001]本专利技术涉及城市给排水
，特别涉及用于泵组智能调度的水泵特性模型构建及其模型参数在线校正方法。

技术介绍

[0002]随着城市规模的迅速发展，作为城市重要基础设施的给排水管网也愈加庞大、复杂。管网中水的输送需要消耗大量的电能，其中绝大部分电能消耗在为管网运行提供主要动力的水泵上。泵站通常包含多台水泵，水泵多以泵组的形式协同运行，传统的泵组运行模式通常有手动调度和自动调度两种。手动调度高度依赖人工经验，操作人员根据前池液位或流量情况，切换水泵运行状态，调整变频泵工作频率，这是一种耗时、粗放的控制方式。自动调度根据设定液位或流量和通过PLC来自动控制水泵运行，具有自动化程度高、节省人力等优点，但在节能方面仍存在一定提升空间。
[0003]如图1所示，泵组智能调度是根据来水量、水泵运行及故障状态等确定水泵调度需求，并调用水泵特性曲线模型，确定各水泵的最佳工作频率使得每台水泵都运行在高效区域，在保证运行安全前提下充分挖掘节能空间。在“双碳”背景下，通过智能调度的方式提升泵组运行效率，对于实现泵站乃至整个管网的“绿色运行”具有重要意义。
[0004]在泵组智能调度过程中，水泵特性曲线模型是进行泵组运行优化的基础。水泵特性曲线可以用来描述流量
‑
扬程、流量
‑
效率、流量
‑
轴功率之间的关系，通常以曲线图的形式呈现，但要用于泵组运行优化计算，需要对其进行精确的数学建模，构建水泵特性曲线模型。泵组运行优化是根据调度需求，对启停水泵状态及其工作频率进行组合寻优，确定总能耗最小的工作模式作为泵组的运行调度方案。
[0005]同时在实际应用过程中，水泵出厂特性曲线会随着安装条件(管路结构、材质、水质、温度等)发生畸变。同时随着水泵运行时间的累积，内部零部件的磨损、润滑状态变化等也会造成水泵运行特性的迁移。如果在泵组运行优化运算时，一直沿用固定特性曲线很难保证泵组始终运行在高效区间，会产生节能效果不佳、结果不可靠等问题。
[0006]因此，如何解决对水泵特性曲线模型参数因发生畸变，而导致的“节能效果不佳、结果不可靠”成为本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术提供用于泵组智能调度的水泵特性模型构建及其模型参数在线校正方法，实现的目的是采用参数辨识方法确定水泵特性曲线模型的参数，结合现场实测数据对水泵特性曲线模型参数进行定期在线校正，以适应新的运行环境。
[0008]为实现上述目的，本专利技术公开了用于泵组智能调度的水泵特性模型构建方法，包括以下步骤：
[0009]步骤A1、准备数据；
[0010]根据水泵制造商提供的水泵特性曲线，从流量
‑
扬程曲线、流量
‑
效率曲线和流量
‑
轴功率曲线中通过人工采样获得出厂样本数据；
[0011]所述样本数据在相应的水泵高效运行区间进行的采样较其余效运行区间进行的采样密集；
[0012]步骤A2、模型构建；
[0013]根据所述水泵特性曲线的变化特点构建特性方程来描述所述流量
‑
扬程曲线、所述流量
‑
效率曲线和所述流量
‑
轴功率曲线之间的非线性关系；
[0014]具体步骤为：先确定额定频率下的特性方程形式，再构建可以描述任意频率下水泵特性的模型；
[0015]步骤A3、模型中参数的辨识；采用最小二乘法、遗传算法或者人工神经网络参数辨识方法确定和校正所述特性方程的参数。
[0016]优选的，在步骤A2中，所述流量
‑
扬程曲线的所述特性方程如下：
[0017]H＝K2(α
‑
βe
γQ/K
)；
[0018][0019]H＝AK2‑
BQ2；
[0020]其中，H和Q分别为水泵的流量和扬程；K是调速比；
[0021]α、β、γ、a、b、c、d、e、f、A和B均为需要辨识的所述特性方程的参数；
[0022]所述流量
‑
效率曲线的所述特性方程如下：
[0023][0024]其中，η为泵的效率；d1、d2和d3均为需要辨识的所述特性方程的参数；
[0025]所述流量
‑
轴功率曲线的所述特性方程如下：
[0026][0027]其中，P为功率；ρ为液体密度；g为重力常数。
[0028]优选的，步骤A3包括如下步骤：
[0029]步骤A3.1、定义待辨识参数的搜索范围，在搜索范围内初始化参数；
[0030]步骤A3.2、确立目标函数；
[0031]将参数代入每一所述模型中计算得到的仿真值H
si
；
[0032]将每一所述仿真值H
si
均与相应的出厂样本值H
i
之间的偏差平方和作为所述目标函数，具体如下：
[0033][0034]步骤A3.3、判断所述目标函数是否满足要求；
[0035]当所述目标函数结果值不满足要求，就认为相应的所述特性方程与实际运行情况不符或者差距较大，重新选择所述特性方程的参数并重复执行步骤A3.2至步骤A3.3，直到所述目标函数满足要求，输出最终参数。
[0036]本专利技术还提供应用水泵特性模型的在线校正方法，步骤如下：
[0037]步骤B1、设定校正周期；
[0038]步骤B2、分析水泵现场实测数据条件，并以此为依据采集水泵的现场实测数据；
[0039]步骤B3、对所述现场实测数据进行预处理；
[0040]步骤B4、采用如权利要求1至3中所述的泵组智能调度的特性曲线拟合方法，对经过预处理的所述现场实测数据进行辨识，对建特性方程的参数进行校正更新。
[0041]优选的，所述校正周期为1个月至1年。
[0042]优选的，在步骤B2中，现场实测数据包含以下物理量：
[0043]水泵的进出口流量Qin和Qout，单位为m3/s；
[0044]水泵的进出口高度：L1和L2，单位为m；
[0045]水泵的进出口压力：P1和P2，单位为Pa；
[0046]水泵的进出口流速：v2和v1，单位为m/s；
[0047]水泵的工作频率f，单位为Hz；
[0048]水泵的工作电流I，单位为A；
[0049]水泵的工作电压U，单位为V；
[0050]水泵在实际运行中的每一个工况点均对应一组所述现场实测数据；
[0051]在所述校正周期内，采用每一个所述水泵的多个已有的历史数据形成多组所述现场实测数据对模型参数进行校正。
[0052]更优选的，步骤B3中，对所述现场实测数据进行预处理包括清除无效值数据、剔除异常数据和归一化，具体如下：
[0053]所述清除无效值数据是通过对现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水泵特性模型构建方法；其特征在于，包括以下步骤：步骤A1、准备数据；根据水泵制造商提供的水泵特性曲线，从流量
‑
扬程曲线、流量
‑
效率曲线和流量
‑
轴功率曲线中通过人工采样获得出厂样本数据；所述样本数据在相应的水泵高效运行区间进行的采样较其余效运行区间进行的采样密集；步骤A2、模型构建；根据所述水泵特性曲线的变化特点构建特性方程来描述所述流量
‑
扬程曲线、所述流量
‑
效率曲线和所述流量
‑
轴功率曲线之间的非线性关系；具体步骤为：先确定额定频率下的特性方程形式，再构建可以描述任意频率下水泵特性的模型；步骤A3、模型中参数的辨识；采用最小二乘法、遗传算法或者人工神经网络参数辨识方法确定和校正所述特性方程的参数。2.如权利要求1所述的水泵特性模型构建方法，其特征在于，在步骤A2中，所述流量
‑
扬程曲线的所述特性方程如下：H＝K2(α
‑
βe
γQ/K
)；H＝AK2‑
BQ2；其中，H和Q分别为水泵的流量和扬程；K是调速比；α、β、γ、a、b、c、d、e、f、A和B均为需要辨识的所述特性方程的参数；所述流量
‑
效率曲线的所述特性方程如下：其中，η为泵的效率；d1、d2和d3均为需要辨识的所述特性方程的参数；所述流量
‑
轴功率曲线的所述特性方程如下：其中，P为功率；ρ为液体密度；g为重力常数。3.如权利要求1所述的水泵特性模型构建方法，其特征在于，步骤A3包括如下步骤：步骤A3.1、定义待辨识参数的搜索范围，在搜索范围内初始化参数；步骤A3.2、确立目标函数；将参数代入每一所述模型中计算得到的仿真值H
si
；将每一所述仿真值H
si
均与相应的出厂样本值H
i
之间的偏差平方和作为所述目标函数，具体如下：步骤A3.3、判断所述目标函数是否满足要求；
当所述目标函数结果值不满足要求，就认为相应的所述特性方程与实际运行情况不符或者差距较大，重新选择所述特性方程的参数并重复执行步骤A3.2至步骤A3.3，直到所述目标函数满足要求，输出最终参数。4.应用如权利要求1所述的水泵特性模型的在线校正方法，其特征在于，步骤如下：步骤B1、设定校正周期；步骤B2、分析水泵现场实测数据条件，并以此为依据采集水泵的现场实测数据；步骤B3、对所述现场实测数据进行预处理；步骤B4、采用如权利要求1至3中所述的泵组智能调度的特性曲线拟合方法，对经过预处理的所述现场实测数据进行辨识，对建特性方程的参数进行校正更新。5.如权利要求4所述的在线校正法，其特征在于，所述校正周期为1个月至1年。6.如权利要求4所述的在线校正法，其特征在于，在步骤B2中，现场实测数据包含以下物理量：水泵的进出口流量Qin和Qout，单位为m3/s；水泵的进出口高度：L1和L2，单位为m；水泵的进出口压力：P1和P2，单位为Pa；水泵的进出口流速：v2和v1，单位为m/s；水泵的工作频率f，单位为Hz；水泵的工作电流I，单位为A；水泵的工作电压U，单位为V；水泵在实际运行...

【专利技术属性】
技术研发人员：丰强强，梁炜，黄慰忠，朱德文，谢军，颜学峰，姜庆超，高玮寅，王湘月，
申请(专利权)人：上海市城市建设设计研究总院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：