本發(fā)明涉及液體泵，尤其涉及一種基于實時功率優(yōu)化的循環(huán)水泵控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、集中供熱是冬季常用的供熱方式，供熱企業(yè)將高溫介質(zhì)，例如水或蒸汽輸入一次網(wǎng)，在換熱站進(jìn)行換熱后，將熱量傳遞至二次網(wǎng)，最終傳輸至用戶室內(nèi)。供熱企業(yè)采用的熱源主要有兩種，一是發(fā)電廠的余熱，二是鍋爐加熱。后者是目前主要的熱源，鍋爐能夠?qū)⒁淮尉W(wǎng)中的水加熱至130攝氏度左右，經(jīng)過換熱器換熱后，一次網(wǎng)的回水在70攝氏度左右，這些回水經(jīng)過循環(huán)水泵再次輸送至鍋爐并再次加熱，實現(xiàn)了水的循環(huán)利用。

2、雖然目前燃煤鍋爐在所有的鍋爐中仍然占有很大的比重，但是更加清潔和經(jīng)濟(jì)的能源方式也在逐漸被應(yīng)用到供熱中，這些新興能源具有可再生、低污染和廉價的優(yōu)點，應(yīng)用這些能源方式有望降低供熱企業(yè)的成本。但是，在新的能源方式加入后，就需要對現(xiàn)有的燃煤鍋爐使用策略進(jìn)行調(diào)整，尤其是循環(huán)水泵的狀態(tài)控制，如果循環(huán)水泵的控制策略選擇錯誤，可能無法發(fā)揮出新興能源的最大價值，造成能源的浪費(fèi)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明提供了一種基于實時功率優(yōu)化的循環(huán)水泵控制方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中循環(huán)水泵控制策略選擇錯誤將導(dǎo)致能源浪費(fèi)的問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案，一種基于實時功率優(yōu)化的循環(huán)水泵控制方法，包括：采集第一電鍋爐和第二電鍋爐的實時功率；根據(jù)設(shè)定功率和采集的實時功率確定控制流量，控制對應(yīng)供水循環(huán)水泵進(jìn)行分層工作；當(dāng)實時功率發(fā)生變化后，以供水循環(huán)水泵流量變化量之和最小為目標(biāo)建立目標(biāo)函數(shù)，同時設(shè)立約束條件；采用遺傳算法求解目標(biāo)函數(shù)，獲得供水循環(huán)水泵對應(yīng)的調(diào)節(jié)流量；按照已獲得的調(diào)節(jié)流量，同步調(diào)節(jié)供水循環(huán)水泵工作。

4、作為本發(fā)明所述的一種基于實時功率優(yōu)化的循環(huán)水泵控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述采集第一電鍋爐和第二電鍋爐的實時功率包括，在電鍋爐的供電線路中串接電流互感器，以非侵入式的方式測量電流，在電鍋爐的供電線路上并聯(lián)接入電壓傳感器，用于測量電壓，設(shè)置數(shù)據(jù)采集器，通過無線方式傳輸數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集器按照每30秒一次的采樣頻率讀取電流和電壓值；

5、計算實時功率：實時功率=實時電壓×實時電流×功率因數(shù)，其中，燃煤鍋爐和第一電鍋爐、第二電鍋爐同時供熱，燃煤鍋爐、第一電鍋爐和第二電鍋爐輸出的熱水均供應(yīng)至換熱器，燃煤鍋爐始終工作在設(shè)定功率。

6、作為本發(fā)明所述的一種基于實時功率優(yōu)化的循環(huán)水泵控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述確定控制流量包括，根據(jù)設(shè)定功率、第一實時功率和第二實時功率確定第一供水循環(huán)水泵、第二供水循環(huán)水泵和第三供水循環(huán)水泵的控制流量，分別得到第一控制流量、第二控制流量和第三控制流量；

7、根據(jù)第一電鍋爐和第二電鍋爐的實時功率以及燃煤鍋爐的設(shè)定功率，計算各鍋爐的功率占比：

8、

9、

10、

11、其中，分別表示燃煤鍋爐、第一電鍋爐和第二電鍋爐功率占比；

12、建立功率與流量之間的關(guān)系，每個鍋爐的功率與流量成正比，使用功率占比作為流量占比：

13、

14、

15、

16、最終得到控制流量為：

17、

18、

19、

20、其中，表示各鍋爐供熱水流量的比例系數(shù)，分別表示燃煤鍋爐、第一電鍋爐和第二電鍋爐的控制流量，表示總流量。

21、作為本發(fā)明所述的一種基于實時功率優(yōu)化的循環(huán)水泵控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述分層工作包括，初始化第一供水循環(huán)水泵、第二供水循環(huán)水泵和第三供水循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速，使輸出流量等于計算的控制流量；

22、實時監(jiān)測第一電鍋爐、第二電鍋爐和燃煤鍋爐的功率，以及第一供水循環(huán)水泵、第二供水循環(huán)水泵和第三供水循環(huán)水泵的實際流量，將實際流量與計算出的控制流量進(jìn)行比較，計算偏差，并根據(jù)偏差調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速；

23、當(dāng)?shù)谝浑婂仩t或第二電鍋爐的功率波動超過設(shè)定閾值時，根據(jù)波動方向調(diào)整其功率占比，同時調(diào)整供水循環(huán)水泵的控制流量；

24、當(dāng)燃煤鍋爐的功率波動超過設(shè)定閾值時，調(diào)整功率占比，同時調(diào)整供水循環(huán)水泵的控制流量；

25、當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在節(jié)能模式下時，根據(jù)節(jié)能策略調(diào)整第一電鍋爐和第二電鍋爐的功率占比，同時調(diào)整供水循環(huán)水泵的控制流量。

26、作為本發(fā)明所述的一種基于實時功率優(yōu)化的循環(huán)水泵控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述建立目標(biāo)函數(shù)包括，在第一實時功率和第二實時功率發(fā)生變化后，以第一供水循環(huán)水泵、第二供水循環(huán)水泵和第三供水循環(huán)水泵的流量變化量之和最小為目標(biāo)建立目標(biāo)函數(shù)，

27、

28、其中，i為燃煤鍋爐、第一電鍋爐和第二電鍋爐的編號，i=1,2,3分別表示燃煤鍋爐、第一電鍋爐和第二電鍋爐，表示對應(yīng)鍋爐連接的供水循環(huán)水泵的控制流量，表示對應(yīng)鍋爐連接的供水循環(huán)水泵的調(diào)節(jié)流量；

29、所述約束條件為：

30、

31、

32、

33、

34、

35、

36、其中，q總表示總流量，表示對應(yīng)鍋爐連接的供水循環(huán)水泵的最大流量，c表示水的比熱容，表示對應(yīng)鍋爐連接的供水循環(huán)水泵調(diào)節(jié)前的質(zhì)量流量，表示對應(yīng)鍋爐連接的供水循環(huán)水泵調(diào)節(jié)后的質(zhì)量流量，表示對應(yīng)鍋爐輸入水和輸出水的溫度差，和分別表示對應(yīng)鍋爐改變前和改變后的功率，ρ為水的密度。

37、作為本發(fā)明所述的一種基于實時功率優(yōu)化的循環(huán)水泵控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述采用遺傳算法求解目標(biāo)函數(shù)包括，隨機(jī)生成n個個體，每個個體包含n=9個基因，代表三個鍋爐的供水循環(huán)水泵的調(diào)節(jié)流量組合；

38、對于每個個體，計算多目標(biāo)適應(yīng)度：

39、

40、其中，表示多目標(biāo)適應(yīng)度，表示能源消耗函數(shù)；

41、使用非支配排序來評價個體的pareto等級，根據(jù)個體的pareto等級和擁擠距離進(jìn)行選擇，保持種群的多樣性：

42、

43、其中，表示當(dāng)前種群，表示pareto支配關(guān)系，表示其他個體的適應(yīng)度；

44、通過當(dāng)前種群的平均適應(yīng)度和最佳適應(yīng)度調(diào)整交叉率，對選中的個體進(jìn)行交叉操作，生成新個體：

45、

46、其中，表示當(dāng)前迭代的交叉率，表示初始交叉率，表示初始交叉率，表示當(dāng)前種群中最佳適應(yīng)度；

47、根據(jù)迭代次數(shù)和最大迭代次數(shù)調(diào)整變異步長，對交叉后的新個體進(jìn)行變異操作：

48、

49、其中，表示第次迭代的變異步長，表示初始步長，表示最大迭代次數(shù)，表示控制步長下降速率的參數(shù)；

50、根據(jù)種群的平均適應(yīng)度和最佳適應(yīng)度調(diào)整變異率：

51、

52、其中，表示當(dāng)前迭代變異率，表示初始變異率；

53、將新生成的個體與原種群合并，使用非支配排序和擁擠距離對合并后的種群進(jìn)行選擇，以形成新一代種群，在每一代中，保留一定數(shù)量的精英個體，即前種群中目標(biāo)函數(shù)值最小的個體，直接進(jìn)入下一代，進(jìn)行更新最優(yōu)種群操作，當(dāng)新種群中的個體目標(biāo)函數(shù)值小于當(dāng)前最優(yōu)種群中的最差個體的目標(biāo)函數(shù)值，則用新個體替換最優(yōu)種群中的最差個體，當(dāng)新種群中的最優(yōu)個體的目標(biāo)函數(shù)值小于當(dāng)前最優(yōu)種群的最優(yōu)個體的目標(biāo)函數(shù)值，則更新最優(yōu)種群；

54、設(shè)定j是精英種群的大小，p為當(dāng)前種群，p'為新種群，則：

55、

56、其中，表示精英種群，表示對集合進(jìn)行排序，<mi>[:</mi><mi>j</mi><mi>]</mi>表示取排序后的前j個個體；

57、計算新種群的目標(biāo)函數(shù)值，當(dāng)新種群中的最優(yōu)個體的目標(biāo)函數(shù)值小于最優(yōu)種群中的最優(yōu)個體的目標(biāo)函數(shù)值，則更新最優(yōu)種群：

58、

59、其中，表示新種群中最優(yōu)個體，表示目標(biāo)函數(shù)值最大的個體；

60、當(dāng)新種群中的個體優(yōu)于優(yōu)種群中的最差個體，則進(jìn)行替換；算法在滿足以下條件之一時停止：

61、達(dá)到預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)，目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到預(yù)設(shè)的閾值，連續(xù)幾代的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值沒有顯著改進(jìn)；算法停止后，輸出最優(yōu)種群。

62、作為本發(fā)明所述的一種基于實時功率優(yōu)化的循環(huán)水泵控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述同步調(diào)節(jié)供水循環(huán)水泵工作包括，定義為實時監(jiān)測到的各水泵流量變化量與總流量變化量的比值之和：

63、

64、其中，表示動態(tài)流量平衡指數(shù)，分別表示三個不同水泵的流量變化量，表示所有水泵流量變化量的總和，當(dāng)時，觸發(fā)流量再分配機(jī)制；

65、定義eewc為各水泵調(diào)節(jié)前后功率變化量與總功率變化量的比值之和：

66、

67、其中，表示能量效率波動系數(shù)，分別表示三個不同水泵在調(diào)節(jié)前后的功率變化量，表示所有水泵功率變化量的總和；

68、當(dāng)時，執(zhí)行以下調(diào)節(jié)策略：

69、計算每個水泵的功率變化率，表示水泵i的初始功率，優(yōu)先調(diào)節(jié)具有最大的水泵；計算每個水泵的能效變化率，按能效變化率數(shù)值由大到小的順序調(diào)節(jié)對應(yīng)水泵，根據(jù)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和當(dāng)前工況動態(tài)調(diào)整；

70、計算溫度差變化率：

71、

72、其中，表示在初始狀態(tài)下的平均輸入輸出水溫度差，表示第i個鍋爐的輸入輸出水溫度差，當(dāng)時，啟動溫度差補(bǔ)償調(diào)節(jié)策略；

73、當(dāng)且時，只調(diào)整水泵流量，其他系統(tǒng)參數(shù)保持不變；當(dāng)且時，優(yōu)先調(diào)整能效最優(yōu)的水泵，并考慮其他水泵的調(diào)節(jié)；當(dāng)時，啟動溫度差補(bǔ)償調(diào)節(jié)策略，調(diào)整所有水泵的工作狀態(tài)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)多個調(diào)節(jié)需求發(fā)生沖突時，優(yōu)先級順序為。

74、本發(fā)明的另一個目的是提供一種基于實時功率優(yōu)化的循環(huán)水泵控制系統(tǒng)，其能高效、準(zhǔn)確地控制不同能源產(chǎn)生的熱量分配和循環(huán)水泵的工作狀態(tài)，以實現(xiàn)熱能的優(yōu)化利用和能源消耗的最小化。

75、作為本發(fā)明所述的一種基于實時功率優(yōu)化的循環(huán)水泵控制系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：包括數(shù)據(jù)采集模塊、實時功率計算模塊、控制流量確定模塊、分層工作控制模塊、目標(biāo)函數(shù)求解模塊；

76、所述數(shù)據(jù)采集模塊，實時采集電鍋爐的供電線路中的電流和電壓數(shù)據(jù)，為后續(xù)功率計算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

77、所述實時功率計算模塊，根據(jù)采集到的電流和電壓數(shù)據(jù)，計算出電鍋爐的實時功率；

78、所述控制流量確定模塊，根據(jù)實時功率和設(shè)定功率，確定各供水循環(huán)水泵的控制流量，保證各鍋爐的供熱比例與功率占比相匹配；

79、所述分層工作控制模塊，通過調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對供水循環(huán)水泵的分層工作控制，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；

80、所述目標(biāo)函數(shù)求解模塊，通過遺傳算法求解目標(biāo)函數(shù)，找到最優(yōu)的調(diào)節(jié)流量組合，實現(xiàn)對供水循環(huán)水泵的精確控制。

81、一種計算機(jī)設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實現(xiàn)一種基于實時功率優(yōu)化的循環(huán)水泵控制方法的步驟。

82、一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)一種基于實時功率優(yōu)化的循環(huán)水泵控制方法的步驟。

83、本發(fā)明的有益效果：本方法在控制初期按照功率的比例確定各個循環(huán)水泵的流量，而在功率發(fā)生變化后，以所有循環(huán)水泵的流量變化量之和最小為目標(biāo)確定最優(yōu)的流量，使循環(huán)水泵能夠快速適應(yīng)功率的變化，進(jìn)而使各個鍋爐始終工作在最佳的狀態(tài)，最大化地利用了能源。