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摘要：随着中国经济的不断发展，各行业的经济建设已经取得了很大进步，中国的单一机组单位速度与技术也在提高和加深。由于价格和水位变化因素，提出了使用的电力运行最少量为目标，泵运行速度为决策变量，时间的总量在指定的时间内单一机组变速优化操作的动态规划模型。本文主要阐述了泵站单机组变速操作的优化问题，讨论了如何建立模型，并且举出了实例进行分析。
关键词：泵站单机组；变速；优化
引言：
目前来说，我国的泵站优化变速大多是对于城镇的一些水厂，通过这么多年来我国借鉴以及研究了一些变频设备的技术之后，也成功的运用到了很多的大型水调当中。现阶段，越来越多的人关注了泵站单机组变速的问题，它的不断升级以及广泛的使用也是研究者研究的重点问题。虽然我国对于泵站的变速引进了西方的先进技术方法，但是在此基础上，我们又其技术进行了优化分析，也为我国的南水北调等大型的工程提供了重要的参考数据，同时给今后泵站的单机组变速运行优化的探究提供了更有力的基础。
1.泵站单机组变速的优化模型建立与求解
1.1泵站优化运行数学模型建立
在泵站优化运行当中，通常会采用以下几条准则；（1）提水系统的效益要达到最大准则；（2）提水系统的运行成本需为最大的准则（3）泵站的提水量达到最大准则（4）泵站的耗能需最小准则（5）机组的装置效率要达到最高的准则。对于这几个条件来讲，目前为止提水的系统运行成本达到最小是最为常用的一个准则，也就是说在达到其他约束条件满足的情况下，让泵站系统的运行费用达到最小。为了方便说明问题，我们仅仅考虑的是机组运行电费。其实，泵站的优化运行是一个比较复杂的优化问题，关系到了不同的机组，不同的时间段间的调度，在本文中，我们把日开机运行的总耗电费最少量当作目标函数，然后把一天24个小时划分为多个时间段的阶段变量，各个时间段水泵的转速以及叶片的安放角作为决策的变量，把在规定的时间段以内抽水的总量定做约束条件，进而建立起单机组优化日运行的数学模型，这当中1日是24小时，潮位涨落的情况以及峰谷电价划分成SN 时段，那么，公式如下：
这这些公式当中，f、f i分别表示的是1天以及第i个时间段内运行的电费数（万元）；Qi（θi，n i）表示的是在第i个时间段中水泵的流量，当扬程确定时，该流量是机组转速（n i）以及叶片的安放角（θi）的函数，当Q i（θi，n i）= 0的时候表示的是这个时段不开机。H i表示的是在第i个时间段内的时均扬程（m）；而ΔT i表示的是第i个时间段划分成的时间长度（h）；P i是在第i个时段电价，单位是（元 /kW•h）；W e表示日提水的总量，单位为（万 m 3）；z i（θi，n i）指的是装置的效率，η int、ηmot以及ηf分别指的是传动效率、电动机效率以及变频效率，其中η z i跟i 时段的扬程以及流量相关；当负荷超过60% 的时候，可以把电动机的效率（η mot）视为基本上不发生变化，一般来说，一些大型的电机ηmot 值都在 94% 左右；而直连机组η int值一般都为 1；对于一些大功率的高压变频器效率（ηf）一般都在 96% 左右；N i（θi，n i）表示的是在第i 时段时所对应的叶片的安放角θi 以及机组的转速 n i实际功率，这个功率需要低于电动机的额定功率 N 0。倘若转速 n 能够维持恒定，那么这个模型就可以当做叶片调节的日优化运行模型；当然，倘若叶片的安放角 θi 设为一定值，那么该模型就是变频以及变速的日优化运行模型。
1. 2 叶片安放角的试验选优以及机组转速的动态规划中采用的优化方法
上文当中我们所提到的该模型是一个非常复杂的非线性模型，如果说各个时间段的机组转速或者是叶片的安放角已经给出，那么上面的组合优化运行的模式就可以转化成为一维的动态规划模型，因此，在这篇文章中，我们列出了各个时段的叶片安放角的正交试验以及水泵的转速动态模型优化试验方法。用时段作为试验的因素，试验的水平为各个时段所对应的的满足功率的叶片安放角的离散值。对构造正交表进行选择，确定出各个时段中试验的组合；将所选定的叶片安放角的组合带入到上面的三个公式当中，也就是说可以采用一维的动态规划模型，来解得多对应的目标值也就是日运行的耗电费用。采用正交分析的方法，确定出各个时段理论上最优的叶片安放角，把确定出的最优的叶片安放角带入到上面的三个公示当中，这样就能够获得各个时段的日最小的运行费用以及最优的机组转速。
2.单机组变速的日运行优化分析
对于但想组的变速优化运行我们可以以江都四站作为例子进行简单分析，在江都四站当中总共安装了7台轴流泵来进行设备运行优化，这7台轴流泵的额定转速为150r/ min。该站主要是通过对单机组中不同的时间段提水量以及不同的压力环境作为主要的限制条件来优化单机组的变速问题。首先要对一些相关的变量以及参数进行设定，比如说对于根据电量的情况可以将全日分为9个时间段，如下表所示：
在对正交表的选择当中，可以列出合理的组合方案，然后获得所对应的最优的理论叶片安放角。然后对于单机组日优化的运行动态进行规划求解，最终通过正交分析的方法确定出理论上的最优方案。
2.2以考虑峰谷电价时的模型分析结果为例
当考虑到峰谷的电价时，按照泵站单机组的不同负荷下的工作方式以及所对应的日均扬程等的优化结果如下：（1）当满负荷的工作状态下，日均扬程为7.8 m以及典型潮位过程的时候通过动态方法可以获得相对应的单机组变速优化的运行结果。
当满负荷的工作时，也就是说要求的提水量要大于2.95 ×106m3时，用变速优化进行运行，日单位的提水费用能够达到183.3元 /万 m3；所对应的恒速运行单位的提水费用大约为 176.5元 /万 m3，因此可见变速的运行单位中提水费用竟然增加了 3.79%。而当日均扬程分别为
3.小结
目前，泵站单机组变速运行优化问题引起了越来越多人的关注，我们既要积极的学习 西方先进的技术，也要动用我们的智慧来不断的对泵站单机组的变速问题进行优化，因此，采用银锭的数学模型对单机组的变速优化进行求解变得尤为重要，建立数学模型是对单机组进行优化运行中的前提之一，采用建立模型进行分析的方法能够为泵站站间以及南水北调等一些大型的工程进行优化分析，使其能够优化的运行，但是，目前我们的研究还不够全面，还需要更多的探究与学习，争取使泵站单机组的变速运行达到最佳的状态。
参考文献：
[1]仇宝云，冯晓莉，袁寿其. 大型泵站变速-叶片调节综合经济运行研究 ［J］. 农业机械学报，2005，36（10）：58 ～ 61.
[2]冯晓莉，仇宝云，黄海田.南水北调东线江都排灌站优化运行研究[ J] .水力发电学报，2008，27（4）：130～ 134.
[3]程吉林，郭元裕，金兆森，等.大系统数学规划试验优选方法及应用[ J] .中国科学：E辑，1998，28（3）：105～ 108.
[4]龚懿，程吉林，张仁田，等 ． 并联泵站群日优化运行方案算法［Ｊ］．排灌 机 械 工 程 学 报，２０１１，２９（３）：２３０ － ２３５．
[5]冯晓莉，仇宝云，黄海田. 南水北调东线江都排灌站优化运行研究［J］. 水力发电学报，2008，27（4）：130 ～ 134.
[6]张德虎，吕冬明，孙尔军. 大型泵站变频调速运行技术及节能分析［J］. 能源研究与利用，2001，（6）：33 ～ 34.
[7]仇宝云，冯晓莉，林海江等. 南水北调东线工程梯级泵站机组变工况方式选择 ［J］. 水力发电学报，2006，25（3）：121 ～ 124.
论文作者:张淼
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/6
标签：泵站论文; 机组论文; 叶片论文; 模型论文; 时间段论文; 时段论文; 转速论文; 《基层建设》2017年第25期论文;