恒压供水系统能效优化控制策略的研究

作     者：黄李泽 

作者单位：广东工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张淼;张学美

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 0815[工学-水利工程] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：恒压供水系统 多泵并联 泵组调度 能效优化 

摘      要：恒压供水系统（Constant Pressure Water Supply System,CPWSS）以供水管网的出水压力恒定为控制目标,通过变频调速技术智能的调度水泵机组,具有供水可靠、实时性强、无人值守的特点,被广泛应用于二次供水系统。但其采用常规的泵组调度策略没有考虑水泵和供水泵组的运行特性,往往造成供水系统（Water Supply System,WSS）效率低下,能耗过高。针对这一问题,本文提出了基于能效优化的泵组调度策略,控制逻辑简单,具有良好的节能效果。本文重点工作内容如下:首先,研究了水泵和供水水泵机组的运行特性,分析了CPWSS的节能性和工作原理,对恒压供水系统能效优化的可行性进行了论述。证明了同一供水工况有多种水泵调度方案可满足系统供水需求,常规的泵组调度控制策略并不是最节能的。然后,分析了单泵供水、多台相同型号水泵并联供水和多台不同型号水泵并联供水的工作特点,并建立了这三种供水系统的能效数学模型。利用图解法分析了单泵恒压供水系统的数学模型,得出了水泵选型应使水泵高效运行区尽可能覆盖系统工作工况范围的结论;基于拉格朗日乘子法分析了多台相同型号水泵并联恒压供水系统的数学模型,证明了同转速调速时供水系统能耗最小,并结合工程经验提出了基于临界频率的能效优化控制策略。针对多台不同型号水泵并联恒压供水系统的能效模型,提出了改进的差分进化算法（Differential Evolution,DE）进行优化计算,仿真结果证明了改进DE算法的适用性强,优化性能良好;基于改进DE算法的优化结果提出了该系统的能效优化控制策略。最后,设计和搭建了恒压供水实验平台,开展实验研究证明了供水系统数学模型的合理性。在实验验证的基础上,提出了一种无流量计的流量估计算法,可准确计算供水系统的出水流量,节约系统构成成本。将本文所提出的能效优化控制策略与常规泵组调度策略进行实验对比,实验结果表明了能效优化控制策略可行,节能效果良好。