复杂供水系统泵站优化调度与安全运行研究

摘要

我国水资源在时间和空间上分布不均匀，区域间工业用水与农业灌溉用水矛盾也在日益加剧。因此如何使水资源合理的利用，解决水资源分布地域差异，缓解水资源供需矛盾成为研究的热点问题。而调水工程则成为解决这些问题的有效方法。随着调水工程的兴建，传统的供水工程变得复杂化。复杂供水系统是指构建水资源协调优化配置时建设的跨流域、多水源、多目标、多用户的引调水工程。系统一般由水源工程、泵站提水工程、输水工程等部分组成，具有水源多、跨区域广，泵站级数多，单级泵站供水管路距离长，扬程高，流量大等特点。同时复杂供水系统在宏观调配，流量计算上存在调度问题。泵站往往由于调度不当，导致运行失调，能源浪费。 由于梯级泵站供水工程代表性强，运行理论和技术问题多，所以论文以梯级泵站复杂供水系统为研究对象，主要研究复杂供水系统的优化调度与安全运行问题。在前人研究成果的基础上，利用泵相似特性理论对梯级泵站变速调节时的各种开机台数匹配工况进行理论计算分析，建立水锤计算数学模型计算泵站水力过渡过程，提出水锤防护措施。结合山西省张峰水库供水系统开展复杂供水系统优化调度及安全运行研究，主要内容如下： （1）同型号水泵工频、同型号水泵变频，水泵工作点，泵站效率求解。 （2）依据复杂供水系统的运行特性，采取变速调节的方法，实现梯级泵站流量平衡匹配。以梯级泵站供水系统效率最高为目标，提出张峰水库供水系统优化调度措施。 （3）建立不同边界条件下的水力过渡过程数学模型，并对模型求解。 （4）根据已建立的水泵稳态数学模型、水泵变速调节数学模型、水力过渡过程数学模型，应用编程语言及数据库，开发供水系统调度分析计算软件。 （5）以张峰水库供水系统为例，进行泵站稳态及梯级泵站复杂工况（不同开机台数及变频台数组合）的数值模拟，并对泵站水力过渡过程进行模拟计算。为梯级泵站优化调度及安全运行提供技术支持。

目录

封皮

声明

刘亚明 大论文

第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.1.1研究背景

1.1.2研究的意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1泵站优化调度研究现状

1.2.1.1国外泵站优化调度研究现状

1.2.1.2国内泵站优化调度研究现状

1.2.2梯级泵站优化调度研究现状

1.2.2.1国外梯级泵站优化调度研究现状

1.2.2.2国内梯级泵站优化调度研究现状

1.2.3梯级泵站水锤防护措施研究现状

1.3 本文研究的主要内容

第二章 泵站稳态运行计算数学模型

2.1稳态运行数学模型

2.2水泵变速调节特性

第三章 泵站水力过渡过程数学模型

3.1 水锤方程

3.1.1运动方程

3.1.2连续方程

3.2 特征线法

3.2.1特征线法概述

3.2.2特征线法解水锤基本方程

第四章 初始条件及各种防护措施边界条件的建立

4.1 初始条件

4.2 水泵边界条件·

4.2.1同型号水泵边界条件

4.2.1.1水泵无量纲相似特性

4.2.1.2机组转动方程

4.2.1.3水泵出口负特征线方程

4.2.1.4水力参数求解

4.3 出水池边界条件

4.4 不同水锤防护措的边界条件及数学模型

4.4.1液控蝶阀的边界条件及数学模型

4.4.1.1液控蝶阀关闭特性

4.4.1.2液控蝶阀的阻力系数及水头损失

4.4.1.3水泵水头平衡方程

4.4.1.3负特征线方程及求解

4.4.1.4液控蝶阀的完全关闭状态

4.4.3进排气阀边界条件及数学模型

4.4.3.1进排气阀工作原理

4.4.3.2进排气阀边界条件及数学模型

第五章 供水系统调度分析计算软件的开发

5.1 开发语言

5.2 数据库

5.3供水系统调度分析计算软件

5.3.1软件功能

5.3.2水力特性分析模块

5.3.3水力过渡过程计算模块

第六章 张峰水库梯级泵站供水系统优化调度研究

6.1张峰水库供水系统工程概况

6.2工程设计参数

6.3水源取水方式优化研究

6.3.1 取水泵站稳态运行数值模拟

6.3.2 取水方式优化分析

6.4泵站稳态运行数值模拟及分析

6.4.1七坡泵站稳态计算

6.4.2 东岭泵站稳态计算

6.4.3泵站稳态运行分析

6.4梯级泵站流量平衡及优化调度方式分析

6.4.1梯级泵站流量平衡分析

6.4.1.1泵站不同开机台数下变频调节的流量范围

6.4.1.2 梯级泵站流量平衡分析

6.4.1.3梯级泵站优化运行方式

6.4.2梯级泵站优化调度方案分析

第七章 张峰水库供水系统水力过渡过程分析

7.1七坡泵站水力过渡过程计算及水锤防护措施

7.1.1一台泵运行水力过渡过程数值模拟

7.1.2两台泵运行水力过渡过程数值模拟

7.1.3三台泵运行水力过渡过程数值模拟

7.1.4四台泵运行水力过渡过程数值模拟

7.2东岭泵站水力过渡过程计算及水锤防护措施

7.2.1一台泵运行水力过渡过程数值模拟

7.2.2两台泵运行水力过渡过程数值模拟

7.2.3三台泵运行水力过渡过程数值模拟

7.2.4四台泵运行水力过渡过程数值模拟

7.3 泵站水力过渡过程分析

7.3.1七坡泵站水力过渡过程分析

7.3.2 东岭泵站水力过渡过程分析

第八章 结论与展望

8.1结论

8.1.1泵站稳态运行及优化调度研究结论

8.1.2泵站安全运行研究结论

8.2展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的主要科研项目