循環水泵的流量及功率預測方法、裝置以及電子設備與流程

本發明涉及循環水泵優化控制，具體涉及一種循環水泵的流量及功率預測方法、裝置以及電子設備。

背景技術：

1、循環水泵是核電機組二回路的主要輔助設備之一，主要任務是向凝汽器和其他需要冷卻的設備提供冷卻水。核電機組出于安全考慮，其廠坪標高較高，加之核電機組凝汽器熱負荷大，需要的冷卻水量也就較大，相比沿海火電機組，核電機組通常配置更高揚程和更大流量的循環水泵。因此開展核電機組循環水系統節能優化運行研究，降低循環水系統的運行能耗對于核電廠節能增效具有重大的實際意義。

2、目前核電機組循環水系統通常采用多臺定頻泵并列運行為一臺凝汽器供水，循環水泵的流量和功率可調節性不強，不能根據溫度、負荷等邊界條件連續調節循環水量，使機組真空維持在最佳真空，既影響了核電廠的經濟效益，又從社會層面，降低了核電這種清潔能源的減碳能力，因此很多核電企業在醞釀開展循環水泵變頻改造。

3、核電機組循環水系統改為變頻調節后，必然面對循環水系統運行優化控制的問題。因為循環水系統的流量和功率直接影響凝汽器的真空，進一步影響機組的發電功率和凈出力，特別是我國核電機組基本都是濱海機組，循環水系統屬于直接從海洋取水的開式循環水系統，每日海水潮位的變化直接影響循環水泵揚程、流量、功率等特性，所以其中的一個核心技術難點是開式循環水系統的循環水泵的流量及功率預測方法。目前循環水泵流量及功率預測主要是通過對泵進行性能試驗，獲得某一特定轉速下的性能曲線，然后基于揚程相同、流量疊加的原理繪制出多泵并聯特性曲線，進而確定各泵的工況點，最終得到各泵的流量和功率，通常也不考慮取水口潮位的變化。

4、但是對定速泵性能試驗僅能得到額定轉速下的性能曲線，不能直接用于定頻循環水泵開展變頻改造前的經濟性分析與最優方案確定。

5、對變頻改造后的循環水泵，為了實現循泵實時優化控制，需要獲取能夠覆蓋相當大轉速范圍的性能曲線，通過試驗方法成本將非常巨大，且很難實現覆蓋全部變轉速工況。

6、有鑒于此，本技術的發明人設計了一種循環水泵的流量及功率預測方法、裝置以及電子設備，以期克服上述技術問題。

技術實現思路

1、本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中對定速泵性能試驗僅能得到額定轉速下的性能曲線，不能直接用于定頻循環水泵開展變頻改造前的經濟性分析與最優方案確定；對變頻改造后的循環水泵，為了實現循泵實時優化控制，需要獲取能夠覆蓋相當大轉速范圍的性能曲線，通過試驗方法成本將非常巨大，且很難實現覆蓋全部變轉速工況的缺陷，提供一種循環水泵的流量及功率預測方法、裝置以及電子設備。

2、本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：

3、本發明提供一種循環水泵的流量及功率預測方法，其特點在于，所述預測方法用于開式循環水系統的循環水泵流量及功率預測，所述循環水系統具有多個循環水泵且各循環水泵并聯連接，所述預測方法包括步驟：s1、建立開式循環水系統的管路特性曲線：h＝h0+kq2；其中，h為管路系統揚程，h0為靜揚程，k為系統管道阻力系數，q為循環水體積流量，h0＝h1-h2，h1和h2分別表示取水口水位和虹吸井堰頂水位；建立海水潮位預測模型獲取h1和h2；s2、確定循環水泵在不同轉速下的h-q性能曲線；s3、確定并聯運行的若干臺循環水泵的各自的工況點[hi,qi]；其中，hi、qi分別表示第i臺循環水泵的揚程和流量；s4、計算第i臺循環水泵在所述步驟s3確定的工況點[hi,qi]下的泵效率；s5、計算第i臺循環水泵的功率；s6、重復執行所述步驟s4和步驟s5，依次確定循環水系統中各循環水泵在并聯運行時的效率和功率。

4、根據本發明的一個實施例，所述步驟s1中所述海水潮位預測模型由調和分析法與支持向量機兩種算法混合建立，所述海水潮位預測模型用于預測取水口潮位變化和虹吸井堰頂水位；所述支持向量機用于預測潮汐中非天文潮部分，所述調和分析法用于預測潮汐中天文潮部分；所述海水潮位預測模型的公式為其中，t為時間；m為分潮最大數量；j為分潮的序列數；y(t)為實際潮位高度；s0為平均海平面；hj為分潮振幅；θj為分潮的初位相；σj為分潮的角速度；aj＝hjcosθj；bj＝hjsinθj；fj為交點因子和uj為交點訂正角。

5、根據本發明的一個實施例，所述海水潮位預測模型的預測步驟包括：

6、s11、獲取實測潮位歷史數據的時間序列；利用調和分析法得到潮位時間序列；結合所述實測潮位歷史數據的時間序列，以及所述調和分析法得到的潮位時間序列，得到非天文潮部分的時間序列；s12、將所述非天文潮部分的時間序列經過所述支持向量機預測得到提前k時刻的預報值；s13、利用調和分析法得到提前k步預報的潮汐值；結合所述提前k時刻的預報值，以及提前k步預報的潮汐值，得到最終預報的結果。

7、根據本發明的一個實施例，所述步驟s2包括以下步驟：s21、將循環水系統中第i臺循環水泵額定轉速下穩定工作區的h-q性能曲線擬合為二次多項式：其中，分別表示第i臺循環水泵額定轉速下的揚程和對應的流量；ai、bi、ci分別表示第i臺循環水泵在額定轉速時的h-q曲線擬合多項式系數；s22、基于額定轉速下循環水泵的h-q性能曲線擬合方程，當第i臺循環水泵通過增設高壓變頻裝置，可以連續調節轉速時，將任意轉速下循環水泵的h-q性能曲線由下式表示：其中，hi、qi分別表示電機變頻后第i臺循環水泵的揚程和流量；γi為變頻泵的轉速與額定轉速的轉速比；h0為靜揚程。

8、根據本發明的一個實施例，所述步驟s3包括以下步驟：s31、建立開式循環水系統中并聯運行的若干臺循環水泵的各自的工況點[hi,qi]的方程組：其中，ai、bi、ci分別為第i臺泵在額定轉速時的h-q曲線擬合多項式系數；γi為第i臺泵運行時的轉速比；h0為靜揚程；k為系統管道阻力系數；m表示一共m臺循環水泵組合；s32、建立只含揚程hi的單個自變量的方程：

9、

10、其中，hi為電機變頻后第i臺循環水泵的揚程；h0為靜揚程；k為系統管道阻力系數；m表示一共m臺循環水泵組合；γi為變頻泵的轉速與額定轉速的轉速比；ai、bi、ci為第i臺泵在額定轉速時的h-q曲線擬合多項式系數；s33、確定揚程hi的取值區間[hmin,hmax]；s34、利用二分法在[hmin,hmax]范圍內求解只含揚程hi的單個自變量的方程，確定多臺循環水泵并聯運行時各泵的揚程hi；s35、根據求解的各泵揚程hi，求解各泵流量，從而確定多泵并聯運行時的各泵工況點[hi,qi]，將各泵流量相加獲得并聯運行的總流量，求解各泵流量的計算公式為：

11、

12、其中，qi為電機變頻后第i臺循環水泵的流量；hi為電機變頻后第i臺循環水泵的揚程；h0為靜揚程；γi為變頻泵的轉速與額定轉速的轉速比；ai、bi、ci為第i臺循環水泵在額定轉速時的h-q曲線擬合多項式系數。

13、根據本發明的一個實施例，所述步驟s33中揚程hi的取值區間[hmin,hmax]由以下不等式組確定：

14、其中，hi為電機變頻后第i臺循環水泵的揚程；h0為靜揚程；γi為變頻泵的轉速與額定轉速的轉速比；ai、bi、ci為第i臺循環水泵在額定轉速時的h-q曲線擬合多項式系數。

15、根據本發明的一個實施例，所述步驟s4包括以下步驟：s41、建立方程組，確定第i臺泵在額定轉速下的相似工況點[hs,qs]：

16、其中，hs為相似工況點的揚程；qs為相似工況點的流量；hi為電機變頻后第i臺循環水泵的揚程；ai、bi、ci為第i臺泵在額定轉速時的h-q曲線擬合多項式系數；s42、利用廠家設計資料或定頻泵的性能試驗獲得的η-q曲線，擬合得到的曲線方程；其中，η表示泵效率；s43、將相似工況點的流量qs代入額定轉速下的η-q曲線方程，獲得第i臺循環水泵在所述步驟s3確定的工況點[hi,qi]下的泵效率ηi。

17、根據本發明的一個實施例，所述步驟s5中通過如下公式計算第i臺循環水泵的功率：

18、其中，pi表示第i臺循環水泵的功率；hi表示第i臺循環水泵的揚程；qi表示第i臺循環水泵的流量；ρ為當前溫度下的循環水的密度；g為重力加速度；ηi為第i臺循環水泵的功率；ηeta為電機效率。

19、本發明還提供一種循環水泵流量及功率預測裝置，其特點在于，所述預測裝置采用如上所述的循環水泵的流量及功率預測方法，所述預測裝置包括：特性分析模塊，用于建立開式循環水系統的管路特性曲線，確定循環水泵在不同轉速下的h-q性能曲線；計算模塊，用于確定并聯運行的若干臺循環水泵的各自的工況點，計算第i臺循環水泵在所述工況點下的泵效率，計算第i臺循環水泵的功率，重復循環水泵的效率和功率的計算，依次確定循環水系統中各循環水泵在并聯運行時的效率和功率。

20、本發明還提供一種電子設備，其特點在于，包括處理器和存儲器，所述存儲器儲存有程序或指令，所述處理器執行所述程序或指令，使得所述電子設備執行如上所述的方法。

21、本發明的積極進步效果在于：

22、本發明循環水泵的流量及功率預測方法至少具備如下優勢：

23、本發明成本比較低，分析結果的準確度高，適用范圍更廣，且能夠解決在取水口潮位頻繁變化的前提下如何快速獲取多臺變頻泵或變頻泵與定頻泵組合的循環水系統各泵的流量和功率問題。