專利名稱：一種新的泵站水泵特性曲線確定方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于給水管網設備的參數估計與測量領域，特別涉及泵站水泵的特性曲線 確定方法及系統。
背景技術：
在給水管網建模中需要準確把握泵站內水泵性能，實踐表明，實際管網系統中水 泵性能并不能僅僅建立在水泵出廠時的理論特性基礎上，其主要原因是1.水泵出廠后可 能經過切削改造；2.水泵運行一段時間后，部分水力特性發生變化。因而，導致理論特性曲 線在管網模型中不再具有實用價值，需要進行實際測量。泵站水泵特性曲線的傳統測量技術主要是水力法，其在水泵進、出口法蘭前后分 別安裝壓力傳感器，采集水泵進出口壓力；在水泵出口法蘭5倍直徑處安裝一個測點，用于 安裝流量傳感器，采集水泵出口流量；通過控制閥門調節水泵流量并采集相關數據，繪制所 測試水泵的揚程 流量曲線。實踐中，由于相當部分泵站并沒有在每臺水泵進出口端都設置壓力傳感器和流量 傳感器或者預留相應的傳感器安裝孔洞，而且測試時要考慮不能影響正常供水作業，因此 傳統的泵站水泵測試還需選擇恰當時間，調用大量人力物力，費用不菲，而且測試時會對管 網和泵站運行產生一定的沖擊負荷。
發明內容
本發明的目的在于提供一種新的泵站水泵特性曲線確定方法及系統，其應用泵站 日常運行歷史狀態數據，通過模型分析方法確定泵站水泵的特性曲線，不需要專門對泵站 內水泵進行測量，節省測試成本。為達到以上目的，本發明所采用的解決方案是—種新的泵站水泵特性曲線確定方法，建立一個與泵站信息管理系統通信互連的 包含泵站水泵特性曲線確定算法以及客戶端在內的泵站水泵特性曲線確定系統；客戶端基 于泵站基礎數據，基于地理信息系統或者計算機輔助設計系統的泵站水力分析模型，以及 泵站運行歷史狀態數據數據庫建立泵站運行歷史水力分析模型，根據所述泵站水泵特性曲 線參數估計計算算法，調用遺傳算法的優化算法程序和泵站水力分析模型，優化計算所述 目標函數，計算泵站內各水泵特性曲線參數，確定泵站水泵特性曲線。進一步，1)基于地理信息系統或者計算機輔助設計系統的泵站水力分析模型用于 泵站水力狀態的延時模擬；2)基于遺傳算法的優化算法程序，其中，優化的決策變量是所述泵站內各水泵特
性曲線參數組成的水泵特性曲線參數向量巧；，優化目標函數如下所述， 其中匸表示泵站各水泵特性曲線參數向量，決策變量，Wpit表示所述泵站測壓點i在t時刻的重要性權重，設定，泵站測壓點必須至少包 括出流總管上的測壓點，
m表示測壓點數，大于等于1，由所述泵站信息管理系統提供，Hfflit表示所述泵站測壓點i在t時刻的水壓測量值，由所述泵站信息管理系統提 供，Hcit表示所述泵站測壓點i在t時刻的水壓計算值；3)泵站水泵特性曲線參數估計計算算法，根據所述泵站歷史運行狀態數據，應用 所述優化算法程序和所述泵站水力分析模型，按2)中所述計算目標函數優化，估計泵站各 水泵特性曲線參數。所述水泵特性曲線采用下述水泵特性曲線方程表達，水泵特性曲線參數向量巧
即為所述水泵特性曲線方程參數A、B、C所構成的向量hG = Aq2+Bq+C其中A、B、C為水泵特性曲線參數，q為水泵過流量，hG為水流經過水泵獲得的水頭。所述基于遺傳算法的優化算法程序包括如下步驟1)根據各水泵記錄數據，根據經驗設定各水泵特性曲線參數范圍；2)在各水泵特性曲線參數范圍內隨機產生各水泵特性曲線參數，這些水泵特性曲 線參數組成的向量稱為個體，隨機生成由多個個體組成的初始種群；3)運行泵站水力模型，計算種群中各個體所述目標函數值，即適應度值，以及種群 適應度值統計量；4)判斷種群適應度值是否滿足優化準則要求，即種群的統計量是否滿足要求，最 優個體適應度值是否滿足要求；5)如果種群適應度值滿足設定的優化準則要求，則轉到步驟7執行；6)如果種群適應度值不滿足設定的優化準則要求，則應用子代染色體生成算子生 成各水泵特性曲線參數向量的子代種群，轉到步驟3執行；7)輸出最優水泵特性曲線參數向量，以及相應的種群統計量。建立泵站運行歷史水力分析模型的步驟如下1)將泵站(單根或多根)出流總管上的測壓點設定為用水點，并將(單根或多根) 總管上相應的測流點和測壓點的時序過程數據都綁定到相應用水點上；2)將水泵開關狀態量的時序過程，變頻泵的轉速時序過程，吸水井或水廠清水池 水位的時序過程，控制閥門開度變化的時序過程分別綁定到相應的構件對象上；3)設定所述各水泵特性曲線參數變化范圍，在該范圍內隨機產生各參數值，建立 泵站運行歷史水力分析模型。所述客戶端繪制泵站內各水泵特性曲線，以及泵站內各測點計算值和實測值時間 序列的比對曲線。一種新的泵站水泵特性曲線確定系統，其包括泵站信息管理系統、泵站水泵特性 曲線確定算法、客戶端以及通信網絡，泵站信息管理系統至少包括基于地理信息系統或者計算機輔助設計系統的泵站基礎數據與泵站運行歷史狀態數據數據庫；泵站水泵特性曲線 確定算法至少包括基于地理信息系統或者計算機輔助設計系統的泵站水力分析模型、基于 遺傳算法的優化算法程序、泵站水泵特性曲線參數估計計算算法；客戶端，用于與所述泵站 信息管理系統通信，發送數據訪問指令，訪問泵站基礎數據及泵站運行歷史狀態數據，并調 用所述泵站水泵特性曲線確定算法，計算泵站內各水泵特性曲線參數，繪制各水泵特性曲 線，并顯示泵站內各測點計算值和實測值時間序列的比對曲線；通信網絡用于泵站信息管 理系統與客戶端之間的通信連接。所述泵站基礎數據包括泵站內各水力構件的屬性信息及其互連拓撲結構。 所述泵站運行歷史狀態數據庫是指泵站各水力構件狀態記錄數據，其至少包括 吸水井或者水廠清水池的水位過程、泵站出流壓力、流量過程、水泵進出水管上控制閥門的 開度過程、水泵開關狀態過程和變頻泵的轉速變化過程。基于泵站信息管理系統中的泵站運行歷史狀態庫，泵站基礎數據，以及泵站的水 力分析模型，建立泵站運行歷史水力分析模型；又根據所述泵站水泵特性曲線參數估計計 算算法，調用所述優化算法程序和泵站運行歷史水力分析模型，優化計算所述目標函數，計 算泵站內各水泵特性曲線參數，確定泵站水泵特性曲線；最后繪制泵站水泵特性曲線，以及 泵站內測點計算值和實測值時間序列的比對曲線。由于采用了上述方案，本發明具有以下特點本發明泵站水泵特性曲線確定方法不需要專門對泵站內水泵進行測量，只是應用 泵站日常運行的歷史數據，通過模型分析方法來確定泵站水泵的特性曲線，節省測試費用， 避免了測試對泵站的沖擊負荷，并且可以根據泵站最新運行情況分析水泵特性曲線，提高
管理水平。
圖1是本發明一種新的泵站水泵特性曲線確定方法工作的結構示意圖；圖2是本發明一種新的泵站水泵特性曲線確定方法工作的流程示意圖；圖3是本發明一種新的泵站水泵特性曲線確定方法中的泵站水泵特性曲線參數 估計計算算法流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖所示實施例對本發明作進一步的說明。實踐中，出于泵站管理需要，泵站出流總管上一般都安裝有流量傳感器和壓力傳 感器，在吸水井或者在水廠的清水池都設有水位傳感器，另外，在水泵，水泵變頻器，控制閥 門上還設有相關傳感器記錄水泵運行開關狀態，水泵電機運行頻率，控制閥門開度變化，這 些設施記錄泵站運行狀態，并形成泵站日常運行歷史數據存儲在數據庫中。本發明應用所 述泵站日常運行歷史狀態數據，通過模型分析方法確定泵站水泵的特性曲線，該方法不需 要專門對泵站內水泵進行測量，節省測試成本。—種新的泵站水泵特性曲線確定方法，由泵站信息管理系統，泵站水泵特性曲線 確定算法，客戶端以及通信網絡組成。其中，泵站信息管理系統至少包括基于地理信息系統 (GIS)或者計算機輔助設計系統(CAD)的泵站基礎數據與泵站運行歷史狀態數據數據庫；泵站水泵特性曲線確定算法至少包括基于GIS或者CAD的泵站水力分析模型，基于遺傳算 法的優化算法程序，泵站水泵特性曲線參數估計計算算法；客戶端，用于與所述泵站信息管 理系統通信，發送數據訪問指令，訪問泵站基礎數據及泵站運行歷史狀態數據，并調用所述 泵站水泵特性曲線確定算法，計算泵站內各水泵特性曲線參數，繪制各水泵特性曲線，并顯 示泵站內各測點計算值和實測值時間序列的比對曲線；通信網絡用于泵站信息管理系統與 客戶端之間的通信連接。如圖1所示，本發明基于遺傳算法的優化算法，通過建立泵站歷史運行水力模型 對泵站水泵特性曲線參數進行估計，從而確定泵站水泵特性曲線；本方法應用泵站日常運 行歷史狀態數據，通過模型分析方法確定泵站水泵的特性曲線，不需要進行水泵測試實驗， 節省測試成本，目的是這樣實現的，該技術方案包括有1泵站信息管理系統，其至少包括基于GIS或者CAD的泵站基礎數據與泵站運行歷 史數據數據庫；2泵站水泵特性曲線確定算法，其至少包括基于GIS或者CAD的泵站水力分析模 型，基于遺傳算法的優化算法程序，泵站水泵特性曲線參數估計計算算法；3客戶端，用于與所述泵站信息管理系統通信，發送數據訪問指令，訪問泵站基礎 數據及泵站運行歷史狀態數據，并調用所述泵站水泵特性曲線確定算法，計算泵站內各水 泵特性曲線參數，繪制各水泵特性曲線，并顯示泵站內各測點計算值和實測值時間序列的 比對曲線；4通信網絡用于泵站信息管理系統與客戶端之間的通信連接；基于以上技術方案的一種新的泵站水泵特性曲線確定方法還包括以下建模步驟， 見圖2 1基于泵站基礎數據，基于GIS或者CAD的水力分析模型，以及泵站運行歷史狀態 庫建立泵站運行歷史水力分析模型，具體流程步驟如下a將泵站(單根或多根)出流總管上的測壓點設定為用水點，并將(單根或多根) 總管上相應的測流點和測壓點的時序過程數據都綁定到相應用水點上；b將水泵開關狀態量的時序過程，變頻泵轉速變化的時序過程，吸水井或水廠清水 池水位的時序過程，控制閥門開度變化的時序過程分別綁定到相應的構件對象上；c設定所述各水泵特性曲線參數變化范圍，在該范圍內隨機產生各參數值，建立泵 站運行歷史狀態水力分析模型；2根據所述泵站水泵特性曲線參數估計計算算法，調用所述優化算法程序和泵站 水力分析模型，優化計算所述目標函數，計算泵站內各水泵特性曲線參數，確定泵站水泵特 性曲線；3繪制泵站內各水泵特性曲線，以及泵站內各測點計算值和實測值時間序列的比 對曲線。其中，所述基于遺傳算法的優化算法程序包括如下步驟，見圖3 1根據各水泵記錄數據，如出廠時特性曲線，工作年限以及是否經過切削改造， 根據經驗設定各水泵特性曲線參數范圍；若設定范圍較大，計算時間可能較長，若設定范圍 較窄，得不到滿意結果，則可適當加大范圍；一般而言，參數A必須為負值，參數C是對水泵 靜揚程的估計值；
2在各水泵特性曲線參數范圍內隨機產生各水泵特性曲線參數，這些水泵特性曲 線參數組成的向量稱為個體，隨機生成由多個個體組成的初始種群；3運行泵站水力模型，計算種群中各個體所述目標函數值，即適應度值，以及種群 適應度值統計量(如種群適應度均值，方差等)；4判斷種群適應度值是否滿足優化準則要求，即種群的統計量是否滿足要求，最優 個體適應度值是否滿足要求；
其中，優化準則要求可根據經驗采用多種方式，如計算種群平均適應度值與種群 最優個體適應度值之間的差值，或者是計算種群適應度方差，或者是計算種群最優個體與 多級(如5-10級)父代最優個體均值的差值；若計算所得值小于某個設定的差值(根據 經驗設定)，則認為種群適應度值滿足最優化準則要求；5如果種群適應度值滿足設定的優化準則要求，則轉到步驟7執行；6如果種群適應度值不滿足設定的優化準則要求，則應用子代染色體生成算子 (子代染色體生成算子可以采用常用的染色體交叉，變異算子，也可以采用其他的改進加速 算子)，生成各水泵特性曲線參數向量的子代種群，轉到步驟3執行；7輸出最優水泵特性曲線參數向量，以及相應的種群統計量。上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發 明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的 一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施 例，本領域技術人員根據本發明的揭示，對于本發明做出的改進和修改都應該在本發明的 保護范圍之內。
權利要求
一種新的泵站水泵特性曲線確定方法，其特征在于建立一個與泵站信息管理系統通信互連的包含泵站水泵特性曲線確定算法以及客戶端在內的泵站水泵特性曲線確定系統；客戶端基于泵站基礎數據，基于地理信息系統或者計算機輔助設計系統的泵站水力分析模型，以及泵站運行歷史狀態數據數據庫建立泵站運行歷史水力分析模型，根據所述泵站水泵特性曲線參數估計計算算法，調用遺傳算法的優化算法程序和泵站水力分析模型，優化計算所述目標函數，計算泵站內各水泵特性曲線參數，確定泵站水泵特性曲線。
2.如權利要求1所述的新的泵站水泵特性曲線確定方法，其特征在于1)基于地理信息系統或者計算機輔助設計系統的泵站水力分析模型用于泵站水力狀 態的延時模擬；2)基于遺傳算法的優化算法程序，其中，優化的決策變量是所述泵站內各水泵特性曲 線參數組成的水泵特性曲線參數向量^，優化目標函數如下所述， 斯^■藏立占廁寺麵赫《fi，臉變fi,Wpit表示所述泵站測壓點i在t時刻的重要性權重，設定，泵站測壓點必須至少包括出 流總管上的測壓點，m表示測壓點數，大于等于1，由所述泵站信息管理系統提供，Iiit表示所述泵站測壓點i在t時刻的水壓測量值，由所述泵站信息管理系統提供，Hcit表示所述泵站測壓點i在t時刻的水壓計算值；3)泵站水泵特性曲線參數估計計算算法，根據所述泵站歷史運行狀態數據，應用所述 優化算法程序和所述泵站水力分析模型，按2)中所述計算目標函數優化，估計泵站各水泵 特性曲線參數。
3.如權利要求2所述的新的泵站水泵特性曲線確定方法，其特征在于所述水泵特性曲線采用下述水泵特性曲線方程表達，水泵特性曲線參數向量^即為所述水泵特性曲線方程參數A、B、C所構成的向量 hG = Aq2+Bq+C其中A、B、C為水泵特性曲線參數，q為水泵過流量，hG為水流經過水泵獲得的水頭。
4.如權利要求2所述的新的泵站水泵特性曲線確定方法，其特征在于所述基于遺傳 算法的優化算法程序包括如下步驟1)根據各水泵記錄數據，根據經驗設定各水泵特性曲線參數范圍；2)在各水泵特性曲線參數范圍內隨機產生各水泵特性曲線參數，這些水泵特性曲線參 數組成的向量稱為個體，隨機生成由多個個體組成的初始種群；3)運行泵站水力模型，計算種群中各個體所述目標函數值，即適應度值，以及種群適應 度值統計量；4)判斷種群適應度值是否滿足優化準則要求，即種群的統計量是否滿足要求，最優個體適應度值是否滿足要求；5)如果種群適應度值滿足設定的優化準則要求，則轉到步驟7執行；6)如果種群適應度值不滿足設定的優化準則要求，則應用子代染色體生成算子生成各 水泵特性曲線參數向量的子代種群，轉到步驟3執行；7)輸出最優水泵特性曲線參數向量，以及相應的種群統計量。
5.如權利要求1所述的新的泵站水泵特性曲線確定方法，其特征在于建立泵站運行 歷史水力分析模型的步驟如下1)將泵站出流總管上的測壓點設定為用水點，并將總管上相應的測流點和測壓點的時 序過程數據都綁定到相應用水點上；2)將水泵開關狀態量的時序過程，變頻泵的轉速時序過程，吸水井或水廠清水池水位 的時序過程，控制閥門開度變化的時序過程分別綁定到相應的構件對象上；3)設定所述各水泵特性曲線參數變化范圍，在該范圍內隨機產生各參數值，建立泵站 運行歷史水力分析模型。
6.如權利要求1所述的新的泵站水泵特性曲線確定方法，其特征在于所述客戶端繪 制泵站內各水泵特性曲線，以及泵站內各測點計算值和實測值時間序列的比對曲線。
7.一種新的泵站水泵特性曲線確定系統，其特征在于其包括泵站信息管理系統、泵 站水泵特性曲線確定算法、客戶端以及通信網絡，泵站信息管理系統至少包括基于地理信 息系統或者計算機輔助設計系統的泵站基礎數據與泵站運行歷史狀態數據數據庫；泵站水 泵特性曲線確定算法至少包括基于地理信息系統或者計算機輔助設計系統的泵站水力分 析模型、基于遺傳算法的優化算法程序、泵站水泵特性曲線參數估計計算算法；客戶端，用 于與所述泵站信息管理系統通信，發送數據訪問指令，訪問泵站基礎數據及泵站運行歷史 狀態數據，并調用所述泵站水泵特性曲線確定算法，計算泵站內各水泵特性曲線參數，繪制 各水泵特性曲線，并顯示泵站內各測點計算值和實測值時間序列的比對曲線；通信網絡用 于泵站信息管理系統與客戶端之間的通信連接。
8.如權利要求7所述的新的泵站水泵特性曲線確定系統，其特征在于所述泵站基礎 數據包括泵站內各水力構件的屬性信息及其互連拓撲結構。
9.如權利要求7所述的新的泵站水泵特性曲線確定系統，其特征在于所述泵站運行 歷史狀態數據庫是指泵站各水力構件狀態記錄數據，其至少包括吸水井或者水廠清水池 的水位過程、泵站出流壓力、流量過程、水泵進出水管上控制閥門的開度過程、水泵開關狀 態過程和變頻泵的轉速變化過程。
全文摘要
本發明一種新的泵站水泵特性曲線確定方法及系統，屬于給水管網設備參數的估計與測量領域。其包括部署于泵站管理信息系統內的基于GIS或者CAD的各泵站基礎數據數據庫與泵站運行歷史狀態數據數據庫；至少包括基于GIS或者CAD的泵站水力分析模型，基于遺傳算法的優化算法程序，泵站水泵特性曲線參數估計計算算法在內的泵站水泵特性曲線確定算法；部署于客戶端的GUI接口。本發明方法通過泵站運行歷史數據，應用泵站水泵特性曲線確定算法確定泵站內各水泵特性曲線。本發明不需要對泵站內各泵組進行專門測試實驗，只需采集并應用泵站日常運行歷史數據就可確定水泵特性曲線，節省水泵測試費用及減輕對泵站設備的損害和對用水用戶的影響。
文檔編號F04B51/00GK101871448SQ20101017607
公開日2010年10月27日 申請日期2010年5月14日 優先權日2010年5月14日
發明者謝善斌 申請人:同濟大學