如何優化泵站單機組變速運行

包玉龍 馬華明

【摘 要】隨著我國經濟的不斷發展，各行業經濟建設有了很大的改進，我國泵站單機組變速隨著技術不斷提升優化程度也不斷深入，由于電價和水位變幅因素，提出了使用電費運行最少量為目標，泵的轉速為事項決策變量，約束規定時間內抽水總量的單機組變速優化運行動態規劃模型。本文主要闡述了泵站淡季組變速運行的優化。

【關鍵詞】泵站；單機組變速運行；優化

對我國泵站變速的優化多出現在城鎮水廠，經過我國多年對變頻設備技術的研究和借鑒國外的成果，在很多大型水調中進行安裝使用得到了非常廣泛的應用。我國大型泵站單機組變速運行的不斷升級和廣泛使用得到了人們更多的關注。我國單機組變速運行在國外技術成果的基礎上進行單機組變速的優化分析，主要是對變幅不同的水位情況下泵站單機組變速運行的規律，為我國南水北調工程泵站等一些大型水調工程群進行優化提供參考數據。

一、單機組變速日運行優化模型的建立

以總耗電費最低為目標函數，不同時間段泵的轉速為事項變量，規定時段內的抽水總量為約束條件，以此條件進行單機組變速優化數學模型的建立：

目標函數：

其中，f1、fi表示1d不同時間段泵運行電費；Qi（ni）表示不同時間段泵的水流量；Qi（ni） =0表示在此時間段泵處于停機狀態；SN表示1d運行時間段的分割；Hi表示不同時間段的時均揚程；Ti表示不同時間段時間時長劃分；Pi表示不同時間段的電價：We表示日提水總量。

二、單機組變速日運行優化分析

單向組變速優化運行以江都四站為例進行具體分析：江都四站內通過對設備的運行優化安裝了7臺軸流泵，額定轉速是150r/ min。該站通過單機組不同壓力環境和不同時間段提水量為限制條件對單機組變速的運行進行優化。

（一）相關變量與參數確定

（1）階段峰谷電價：峰谷電價在0.978元KW/h，峰谷時間是從7：00- - - 11：00，17：00- - - 21：00時；非峰谷電價在0.587元/KW/h，非峰谷時間是從：11：00- - - 17：00時，21：00- - - 23：00時，沒有進行分割時間段電價是在0.783元/KW/h。由于大型泵站不能對泵站開停機進行頻繁轉換，把全日根據電量情況分為9個不同時間段，具體數據見表1。

（2）不同轉速的流量、效率計算

泵在正常運行時，轉速的變化需要規范在一定的范圍內，一定變化范圍內泵的流量和功率需要符合規定的比利率，并且在此基礎上對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上，由額定轉速時流量與裝置揚程能夠得到不同時間段的轉速下裝置揚程流量和對應裝置效率即

根據本站水泵性能可以得出，如果葉片安放角度為0度時，額定轉速為150r/min時對應裝置揚程-流量和效率-揚程之間的函數關系為以下兩個公式：

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

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

根據以上公式可以得出在任何轉速下的揚程-流量和裝置效率-流量關系。狀態變量和決策變量兩者在一定的范圍內進行變動，決策變量離散是：ni=125，130，，，152，155r/min。狀態變量K按照等步長進行離散。

（二）模型求解與分析

（1）峰谷電價模型分析結果：泵站在進行正常運行時，需要對峰谷電價進行詳細計算，應當根據單機組在不同時間段的不同運行方式和與此相互對應的日均揚程和潮位過程進行優化計算。

（1）在進行日均揚程、負荷工作和典型潮位過程時需要對計算結果進行有效的優化，計算方法使用的是動態規則遞推方法，以此來獲得相應的單機組變速優化運行結果。泵在進行正常運行提水時，滿負荷工作狀態下，提水量不但要符合規定，一般應大于2.95×106m3，使用變速優化結果運行，而且泵的日單位提水費用應為183.3元/萬m3；但是對于額定勻速運行的單位提水費用為176.5元/萬m3，由此可以看出，變速運行產生的經濟效益遠遠低于變頻裝置的損耗。

（2）不同負荷、不同日均揚程的優化計算結果

由于江都泵站和南水北調泵站有很多不同，經濟建設條件也有很大差別，所以，具有不同的符合的工作環境，如果泵站工作負荷量在85%時，揚程不同使變速運行也有很大差異，這種變速產生的差異和勻速運行相比，單位費用能夠節省13%。泵在變速運行情況下，不開機的時間段都處在高電價時間段。泵在負荷工作狀態下，有65%揚程低于615m，這在很大程度上能夠節省單位提水能耗，并且低揚程運行情況下節省效果更為顯著。在這種長期節省效益中通過10年左右的有效運行，可以償還變頻裝置的投資。變頻裝置也有一定的運行使用壽命，需要考慮到裝置的經濟運行，從經濟角度來進行分析，不考慮峰谷電價和變頻裝置投資價格，江都四站在進行單機組變速優化中完全可以不適用變頻設備。

三、結束語

在對水泵型號進行選擇時，需要對揚程和流量作為主要選擇時的參考，但是在實際運行中會根據用戶的實際需要對工作狀況進行不同的改變和調整。在提高效率的前提下應當滿足揚程和流量要求。所以，需要通過工作狀況進行不同的調整來提高單機組運行效率，這對泵站的整個運行效率有非常重要意義。我國最常使用的水泵調節方式有兩種分別是：變頻變速調節和葉片全調節。水泵運行性能曲線是進行優化調節非常重要的依據。

參考文獻：

[1]張禮華. 受潮汐影響的大型泵站站內優化運行方式研究[D].揚州大學，2011.

[2]程吉林，張仁田，鄧東升，龔懿，馮旭松. 南水北調東線泵站變速運行模式的適應性[J]. 排灌機械工程學報，2010，05：434- 438.

[3]程吉林，張禮華，張仁田，龔懿，鄧東升，馮旭松，朱紅耕，仇錦先. 泵站單機組葉片調節與變頻變速組合日運行優化方法研究[J]. 水力發電學報，2010，06：217- 222.

[4]龔懿，程吉林，張仁田，張禮華. 淮陰三站變頻變速優化運行的分解-動態規劃聚合法[J]. 農業工程學報，2011，03：79- 83.

[5]袁堯，劉超. 蟻群算法在泵站單機組優化運行中的應用[J].水力發電學報，2013，01：263- 268.

[6]程吉林，張禮華，張仁田，龔懿，朱紅耕，鄧東升. 泵站單機組變速運行優化方法研究[J]. 農業機械學報，2010，03：72- 76.

[7]張禮華，錢海濤. 潮汐變化對沿江大型泵站葉片調節優化運行影響[J]. 人民長江，2012，24：75- 77.

[8]馮曉莉，仇寶云，楊興麗，董波. 大型泵站水泵機組工況調節方式定量優化選擇[J]. 排灌機械工程學報，2012，06：683- 689.

[9]賈瑞宣，徐鴻. 基于單耗理論的冷端水動力過程節能潛力分析[J]. 動力工程學報，2010，11：870- 873.