如何优化泵站单机组变速运行

包玉龙 马华明

【摘 要】随着我国经济的不断发展，各行业经济建设有了很大的改进，我国泵站单机组变速随着技术不断提升优化程度也不断深入，由于电价和水位变幅因素，提出了使用电费运行最少量为目标，泵的转速为事项决策变量，约束规定时间内抽水总量的单机组变速优化运行动态规划模型。本文主要阐述了泵站淡季组变速运行的优化。

【关键词】泵站；单机组变速运行；优化

对我国泵站变速的优化多出现在城镇水厂，经过我国多年对变频设备技术的研究和借鉴国外的成果，在很多大型水调中进行安装使用得到了非常广泛的应用。我国大型泵站单机组变速运行的不断升级和广泛使用得到了人们更多的关注。我国单机组变速运行在国外技术成果的基础上进行单机组变速的优化分析，主要是对变幅不同的水位情况下泵站单机组变速运行的规律，为我国南水北调工程泵站等一些大型水调工程群进行优化提供参考数据。

一、单机组变速日运行优化模型的建立

以总耗电费最低为目标函数，不同时间段泵的转速为事项变量，规定时段内的抽水总量为约束条件，以此条件进行单机组变速优化数学模型的建立：

目标函数：

其中，f1、fi表示1d不同时间段泵运行电费；Qi（ni）表示不同时间段泵的水流量；Qi（ni） =0表示在此时间段泵处于停机状态；SN表示1d运行时间段的分割；Hi表示不同时间段的时均扬程；Ti表示不同时间段时间时长划分；Pi表示不同时间段的电价：We表示日提水总量。

二、单机组变速日运行优化分析

单向组变速优化运行以江都四站为例进行具体分析：江都四站内通过对设备的运行优化安装了7台轴流泵，额定转速是150r/ min。该站通过单机组不同压力环境和不同时间段提水量为限制条件对单机组变速的运行进行优化。

（一）相关变量与参数确定

（1）阶段峰谷电价：峰谷电价在0.978元KW/h，峰谷时间是从7：00- - - 11：00，17：00- - - 21：00时；非峰谷电价在0.587元/KW/h，非峰谷时间是从：11：00- - - 17：00时，21：00- - - 23：00时，没有进行分割时间段电价是在0.783元/KW/h。由于大型泵站不能对泵站开停机进行频繁转换，把全日根据电量情况分为9个不同时间段，具体数据见表1。

（2）不同转速的流量、效率计算

泵在正常运行时，转速的变化需要规范在一定的范围内，一定变化范围内泵的流量和功率需要符合规定的比利率，并且在此基础上对一些工作状况比较相似的，效率不变。所以，在叶片安放角不变的基础上，由额定转速时流量与装置扬程能够得到不同时间段的转速下装置扬程流量和对应装置效率即

根据本站水泵性能可以得出，如果叶片安放角度为0度时，额定转速为150r/min时对应装置扬程-流量和效率-扬程之间的函数关系为以下两个公式：

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

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

根据以上公式可以得出在任何转速下的扬程-流量和装置效率-流量关系。状态变量和决策变量两者在一定的范围内进行变动，决策变量离散是：ni=125，130，，，152，155r/min。状态变量K按照等步长进行离散。

（二）模型求解与分析

（1）峰谷电价模型分析结果：泵站在进行正常运行时，需要对峰谷电价进行详细计算，应当根据单机组在不同时间段的不同运行方式和与此相互对应的日均扬程和潮位过程进行优化计算。

（1）在进行日均扬程、负荷工作和典型潮位过程时需要对计算结果进行有效的优化，计算方法使用的是动态规则递推方法，以此來获得相应的单机组变速优化运行结果。泵在进行正常运行提水时，满负荷工作状态下，提水量不但要符合规定，一般应大于2.95×106m3，使用变速优化结果运行，而且泵的日单位提水费用应为183.3元/万m3；但是对于额定匀速运行的单位提水费用为176.5元/万m3，由此可以看出，变速运行产生的经济效益远远低于变频装置的损耗。

（2）不同负荷、不同日均扬程的优化计算结果

由于江都泵站和南水北调泵站有很多不同，经济建设条件也有很大差别，所以，具有不同的符合的工作环境，如果泵站工作负荷量在85%时，扬程不同使变速运行也有很大差异，这种变速产生的差异和匀速运行相比，单位费用能够节省13%。泵在变速运行情况下，不开机的时间段都处在高电价时间段。泵在负荷工作状态下，有65%扬程低于615m，这在很大程度上能够节省单位提水能耗，并且低扬程运行情况下节省效果更为显著。在这种长期节省效益中通过10年左右的有效运行，可以偿还变频装置的投资。变频装置也有一定的运行使用寿命，需要考虑到装置的经济运行，从经济角度来进行分析，不考虑峰谷电价和变频装置投资价格，江都四站在进行单机组变速优化中完全可以不适用变频设备。

三、结束语

在对水泵型号进行选择时，需要对扬程和流量作为主要选择时的参考，但是在实际运行中会根据用户的实际需要对工作状况进行不同的改变和调整。在提高效率的前提下应当满足扬程和流量要求。所以，需要通过工作状况进行不同的调整来提高单机组运行效率，这对泵站的整个运行效率有非常重要意义。我国最常使用的水泵调节方式有两种分别是：变频变速调节和叶片全调节。水泵运行性能曲线是进行优化调节非常重要的依据。

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