基于不同机组并联组合特性的取水泵站优化配置与运行的研究

摘要

水泵配置是泵站工程设计中的重要问题，配置合理与否，直接关系到泵站工程的投资、建成后的运行费用。水泵机组的优化运行是实现泵站经济运行的另一重要方面，现有泵站主要采用阀门调节方式运行、相同型号水泵机组单调速运行或者相同型号水泵全调速方式运行。针对已建泵站传统配置方案所选水泵运行能耗浪费严重的现状，本文以某取水泵站为工程背景，以泵站机组轴功率最小为目标函数建立泵站优化运行模型，利用遗传算法对不同种优化配置方案进行了能耗计算，并结合黄金分割法对相同型号配置的单变频调速方案最佳过渡泵配置型号进行了仿真计算，用来确定单变频调速方案的最佳配置。对加过渡泵的单调速方案、不加过渡泵的双调速方案和全调速方案进行能耗和经济对比分析，确定最适合泵站的配置方案，用来指导水泵的配置。然后分析了传统水泵配置方法存在能耗浪费的不足，提出了基于三个工况点的取水泵站优化配置模型，开展了泵站优化运行与三工况点配置方法的初步研究。具体做了以下几方面的工作：
　　 1.根据并联水泵等扬程下流量叠加原理和水泵变频调速节能原理，提出了泵站水泵机组并联运行特性方程。根据供水变化规律，利用变频调速技术和建立的并联运行特性方程，实现完全通过改变水泵的特性来达到系统高效运行的目的。
　　 2.对相同型号配置的单变频调速方案，利用黄金分割法确定其最佳过渡泵配置型号。仿真实验分析结果表明，过渡泵额定流量为原配置水泵额定流量的0.6倍较为合理。
　　 3.对加过渡泵的单调速方案、不加过渡泵的双调速方案和全调速方案进行能耗对比，结果表明：加过渡泵的单调速方案随流量消耗的总轴功率略高于另外两种方案，而全调速方案随流量消耗的总轴功率最小；而经济分析结果表明：加过渡泵的单调速优化调度方案的额外投资和投资回收期与其他两种方案相比具有显著的优势。综合分析表明，加过渡泵的单调速优化调度方案是实现泵站的优化运行的重要途径。
　　 4.建立了基于三个工况点的取水泵站优化配置模型，用来指导取水泵站建设或改造时配置方案的选取。三工况点选泵分析法的特点是：根据三个工况点选泵———枯水位、常水位、洪水位，因常水位出现几率最高，故将常水位所确定的扬程和流量作为设计点，并使枯水位工况和洪水位工况尽量处于水泵高效运行范围内。当水泵在枯水位或洪水位运行时，采用增减水泵运行台数和变频调速运行来满足要求。由于单变频调速方案具有投资少、节能效果好的优点，因此，在确定配置方案时可取相同的水泵型号，然后由建立的取水泵站优化配置模型确定出所有符合要求的水泵型号，采用单变频调速，然后在选择好的水泵中增加一台额定流量为其0.6倍的过渡泵来减小调速泵的调速比，据此确定出所有的可行方案，然后求解各可行方案的年运行总功率，并选出轴功率最小者作为最佳方案。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.2.1 水泵优化配置研究现状

1.2.2 泵站优化运行配置研究现状

1.2.3 存在的问题

1.3 本文研究的主要内容

第二章 并联特性方程的建立及应用

2.1 问题的提出

2.2 两台水泵并联运行特性方程的建立

2.2.1 两台水泵定速运行时的并联特性方程

2.2.2 两台水泵调速运行时的并联特性方程

2.3 多台水泵并联运行的特性方程的提出

2.4 计算实例

第三章 泵站最佳配置运行方案的仿真研究

3.1 黄金分割法的基本理论

3.2 泵站经济运行优化模型

3.2.1 优化运行模型

3.2.2 单变频调速运行方案模型求解

3.2.3 双调速方案和全调速方案模型求解

3.3 泵站工程经济评价

第四章 基于三工况点的变频调速选泵模型的建立

4.1 传统选泵方法存在的问题

4.2 取水泵站三工况点选泵分析法

4.3 仿真实验及结果分析

4.4 改造仿真结果与原配置方案对比

第五章 总结与展望

5.1 研究总结

5.2 存在的问题与研究展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的相关论文