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[摘 要]本文对取水泵站优化运行的优化模式进行深入的探讨。根据可调节器泵站的基本特点，结合常用的幾种泵站经济运行的优化方法，建立了优化模型，以天津引滦工程潮白河水泵站为例，找出了适合调速泵站的优化运行模式，仅供参考。
[关键词]取水泵站 优化运行 模式研究
中图分类号：TU583 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）42-0251-01
引言：泵站优化运行主要是研究取水泵站科学管理的优化技术和高度决策，用系统工程的观点和系统分析的方法，对泵站工程整个排灌系统进行综合性的分析比较，使泵站在最经济的工况下运行。即在一定时期内，按照一定的最优准则，在满足各种约束条件的前提下，使取水泵站运行的目标函数达到最大或最小。
一、取水泵站优化运行的基本方法
泵站的优化运行是指站内机组在运行中，根据运行环境和条件的需要，通过对水泵、管路的调节，人为的改变水泵运行工况点的位置，使流量、扬程、轴功率等运行参数适应新的工作状况的需要。水泵的工况点是由性能曲线H—Q和装置需要扬和曲线H需—Q的交点确定的。因此，只要这两条曲线之一的形状或位置有了改变，工况点的位置也就随之改变。所以机组运行状态的调节从原理上讲是通过改变水泵的性能曲线和装置需要扬程曲线来实现的。
机组运行状态的调节方式与节能是密切相关的，过去普遍采用改普阀门或挡析开度的节流调节方式，即改变装置需要杨程曲线进行调节。这种调节方式虽然简便易行，但往往造成很大的能量损失。一些在运行中需要进行调节的水泵，其能量浪费的主要原因，往往是由于采用不合适的调节方式。
二、取水泵站的优化运行模式
1、单机组优化运行模式：取水泵站站内优化模型，主要集中在如何在各时段流量分配确定的情况下，寻求最小的功率输出，使整个时段输出功率N最低。即：
式中，Q为机组流量，H为水泵扬程，n为机组效率。以上模型的建立，可以有效地解出整个取水时段的最小功率。但在实际运行中各时段的流量并不一定是恒定不变的，在整个运行过程中保持最低的功小也并不一定是最优运行机制，因为现阶段由于分时电价的实施，在一定的取水时间和总取水量约束下，在低电价时可以多取水，流量可以较大，消耗功率可以很大，效率却并不一定处于最高点；而在高电价时流量可以较小，甚至不取水以节省耗电费用，在此过程中，机组不一定时刻处于消耗功率最低、效率最高的最优运行状态。
1.1单机组优化模型的建立
以运行费用最小为目标函数，单机组叶片角度、水泵转速、水位变化、供电峰谷时的电价等为状态变量，建立站内优化模型：
1、目标函数：
2、总水量约束：
3、流量约束：
4、功率约束：
1.2单机组设计转速、安装角度条件下的经济运行
在机组实际运行中，按常规，转速这额定值，水泵叶片角度一般很少进行调节，始终在设计角度和转速下运行。此时，在装置扬程一定的情况下，泵装置在设计角度下的流量是一定的，泵装置效率也为定值，此时机组优化运行仅仅取决于分时电价的不同。
1.3单机组变角经济运行
1.3.1常见变角运行方式：取水泵站机组传统的义角经济运行方式是在满足站所需取水流量的前提下，根据实际扬程，以机组装置效率最高为目标，确定水泵最强叶片角度。泵装置扬程不同，最优叶片角也不同，根据泵装置杨程的变化，调节叶片角度，在保证泵装置保持高效率条件下，实现变角经济运行。
1.3.2以耗电费用最少为目标函数的单机组变角优化运行：变角调节是指在转速不变的条件时，通过改变叶片安放角度，从而改变机组出流量及效率的一种调节措施。
1.4单机组变速经济运行
取水泵站是按照一定的转速进行设计的，此设计转速即为额定转速，当采用变速调节时转速发生变化，则水泵相应的流量、扬程、功率等都将发生相应的变化。
转速变化时必须充分考虑到：转速的提高和降低应控制在一定的范围内，提高转速时不能提高太多，以免引起动力机超载，甚至会使泵内部的零件损坏；同时最低转速也不能降低太低，否则将会泵的效率降低太多。
1.4.1以耗电费用最少为目标函数的单机组变速优化运行模式，它主要考虑在抽取一定水量的情况时，机组运行过程中，保持叶片安放角不变，考虑机组转速的变化，使机组总运行费用最少。对转速进行离散时，在转速允许变化范围内，考虑泵站转速变化精度，对转速进行离散。
2、多机组优化运行模式：同一站内装有多台机组，装机机组型号相同，当不考虑不同机组由于安装位置不同而导致的装置效率、流量差别时，可主为该站内机组具有相同的运行特性。
2.1优化运行模型建立：多机组传统站内模型的建立在满足一定的取水流量要求时，建立使整个泵站取水总功率最小的运行机制，在装置扬程一定的情况下，设泵站安装机组M台，泵站需要取水流量为Q，以总能耗最小为目标，建立如下数学模型：
1、目标函数
2、约束条件
模型的建立，主要解决在一定的总抽排流量确定的条件下，将取水流量在各个机组间进行分配，并以此来确定最小功率；当机组在各时段内的流量改变时，尤其是分时电价的实施，对减少工程运行费用具有重要的意义。
2.2多机组变角经济运行，
多机组变角经济中相关参数的确定方法：一是多机组变角经济运行时机组转速保持不变，运行过程中叶片安放角可进行调节；二是多机组优化运行时，对于各机组扬程、转速、叶片角的不同组合，相应的流量确定方法与单机组相同；多机组变角运行与单机组变角运行的不同之处在于：单机组运行时在特定杨程和转速下，对应于特定叶片角，其机组流量是唯一的，而多机组运行时，对应于特定扬程和转速，叶片角确定，其可能的开机流量为机组台数。
2.3多机组变速经济运行，在多机组变速经济运行时，运行过程中机组叶片角保持不变，通过转速的改变进行机组的优化运行。
与单机组变速运行不同的是：单机组运行时，对应于特定转速，在特定扬程和叶片角下，其机组流量是唯一的，而多机组优化运行时，对应于特定转速，在特定扬程和叶片角下，其可能投入运行的开机流量为机组台数。
2.4多机组变角—变速经济运行，多机组变角—变速经济运行与多机单独变角或多机组变速经济运行存在的不同之处在于：以单独变角运行为例，由于转速不变，在一定的扬程下，机组可以开机流量从单机组运行直至全部机组投入运行。
3、不同装机时的多机组站内优化运行模式
3.1不同装机时的多机组站内优化运行模式，在考虑变角调节的状况下，以泵站运行总费用（包括机组耗电费用、辅助设备耗电费用、设备折旧费、人员工资、行政管理费、设备大修及维护费）最低为目标函数，以总流量、单机流量、扬程、功率、效率、叶片角等为约束条件，寻求最优的运行机制，使满足总流量要求时的费用最省。
3.2以总水量为约束的不同装机时的多机组站内优化运行模式，不同装机时的多机组站内优化运行模式与相同装机时的优化模式不同之处在于：在各不同的装置扬程下，相同装机时，对应于唯一的扬程、叶片角、转速组合，开机时单机组流量惟一确定，多机组时成单机组流量的整数倍，与开机台数完全成正比；装机不同时，可假设存在A型机组M型机组K台，由于机组不同，可调的转速和叶片角范围不一定相同，因而在一定的装置扬程下，可分别对上述两种机组分别采用正交试验的方法确定叶片角、转速组合，从而确定在此扬程下的单机组流量。
参考文献
[1] 张淑英等编著，河流取水工程，郑州，河南科学技术出版社，1994.
[2] 刘自放等编著，水资源与取水工程，北京，中国建筑工业出版社，2000.
[关键词]取水泵站 优化运行 模式研究
中图分类号：TU583 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）42-0251-01
引言：泵站优化运行主要是研究取水泵站科学管理的优化技术和高度决策，用系统工程的观点和系统分析的方法，对泵站工程整个排灌系统进行综合性的分析比较，使泵站在最经济的工况下运行。即在一定时期内，按照一定的最优准则，在满足各种约束条件的前提下，使取水泵站运行的目标函数达到最大或最小。
一、取水泵站优化运行的基本方法
泵站的优化运行是指站内机组在运行中，根据运行环境和条件的需要，通过对水泵、管路的调节，人为的改变水泵运行工况点的位置，使流量、扬程、轴功率等运行参数适应新的工作状况的需要。水泵的工况点是由性能曲线H—Q和装置需要扬和曲线H需—Q的交点确定的。因此，只要这两条曲线之一的形状或位置有了改变，工况点的位置也就随之改变。所以机组运行状态的调节从原理上讲是通过改变水泵的性能曲线和装置需要扬程曲线来实现的。
机组运行状态的调节方式与节能是密切相关的，过去普遍采用改普阀门或挡析开度的节流调节方式，即改变装置需要杨程曲线进行调节。这种调节方式虽然简便易行，但往往造成很大的能量损失。一些在运行中需要进行调节的水泵，其能量浪费的主要原因，往往是由于采用不合适的调节方式。
二、取水泵站的优化运行模式
1、单机组优化运行模式：取水泵站站内优化模型，主要集中在如何在各时段流量分配确定的情况下，寻求最小的功率输出，使整个时段输出功率N最低。即：
式中，Q为机组流量，H为水泵扬程，n为机组效率。以上模型的建立，可以有效地解出整个取水时段的最小功率。但在实际运行中各时段的流量并不一定是恒定不变的，在整个运行过程中保持最低的功小也并不一定是最优运行机制，因为现阶段由于分时电价的实施，在一定的取水时间和总取水量约束下，在低电价时可以多取水，流量可以较大，消耗功率可以很大，效率却并不一定处于最高点；而在高电价时流量可以较小，甚至不取水以节省耗电费用，在此过程中，机组不一定时刻处于消耗功率最低、效率最高的最优运行状态。
1.1单机组优化模型的建立
以运行费用最小为目标函数，单机组叶片角度、水泵转速、水位变化、供电峰谷时的电价等为状态变量，建立站内优化模型：
1、目标函数：
2、总水量约束：
3、流量约束：
4、功率约束：
1.2单机组设计转速、安装角度条件下的经济运行
在机组实际运行中，按常规，转速这额定值，水泵叶片角度一般很少进行调节，始终在设计角度和转速下运行。此时，在装置扬程一定的情况下，泵装置在设计角度下的流量是一定的，泵装置效率也为定值，此时机组优化运行仅仅取决于分时电价的不同。
1.3单机组变角经济运行
1.3.1常见变角运行方式：取水泵站机组传统的义角经济运行方式是在满足站所需取水流量的前提下，根据实际扬程，以机组装置效率最高为目标，确定水泵最强叶片角度。泵装置扬程不同，最优叶片角也不同，根据泵装置杨程的变化，调节叶片角度，在保证泵装置保持高效率条件下，实现变角经济运行。
1.3.2以耗电费用最少为目标函数的单机组变角优化运行：变角调节是指在转速不变的条件时，通过改变叶片安放角度，从而改变机组出流量及效率的一种调节措施。
1.4单机组变速经济运行
取水泵站是按照一定的转速进行设计的，此设计转速即为额定转速，当采用变速调节时转速发生变化，则水泵相应的流量、扬程、功率等都将发生相应的变化。
转速变化时必须充分考虑到：转速的提高和降低应控制在一定的范围内，提高转速时不能提高太多，以免引起动力机超载，甚至会使泵内部的零件损坏；同时最低转速也不能降低太低，否则将会泵的效率降低太多。
1.4.1以耗电费用最少为目标函数的单机组变速优化运行模式，它主要考虑在抽取一定水量的情况时，机组运行过程中，保持叶片安放角不变，考虑机组转速的变化，使机组总运行费用最少。对转速进行离散时，在转速允许变化范围内，考虑泵站转速变化精度，对转速进行离散。
2、多机组优化运行模式：同一站内装有多台机组，装机机组型号相同，当不考虑不同机组由于安装位置不同而导致的装置效率、流量差别时，可主为该站内机组具有相同的运行特性。
2.1优化运行模型建立：多机组传统站内模型的建立在满足一定的取水流量要求时，建立使整个泵站取水总功率最小的运行机制，在装置扬程一定的情况下，设泵站安装机组M台，泵站需要取水流量为Q，以总能耗最小为目标，建立如下数学模型：
1、目标函数
2、约束条件
模型的建立，主要解决在一定的总抽排流量确定的条件下，将取水流量在各个机组间进行分配，并以此来确定最小功率；当机组在各时段内的流量改变时，尤其是分时电价的实施，对减少工程运行费用具有重要的意义。
2.2多机组变角经济运行，
多机组变角经济中相关参数的确定方法：一是多机组变角经济运行时机组转速保持不变，运行过程中叶片安放角可进行调节；二是多机组优化运行时，对于各机组扬程、转速、叶片角的不同组合，相应的流量确定方法与单机组相同；多机组变角运行与单机组变角运行的不同之处在于：单机组运行时在特定杨程和转速下，对应于特定叶片角，其机组流量是唯一的，而多机组运行时，对应于特定扬程和转速，叶片角确定，其可能的开机流量为机组台数。
2.3多机组变速经济运行，在多机组变速经济运行时，运行过程中机组叶片角保持不变，通过转速的改变进行机组的优化运行。
与单机组变速运行不同的是：单机组运行时，对应于特定转速，在特定扬程和叶片角下，其机组流量是唯一的，而多机组优化运行时，对应于特定转速，在特定扬程和叶片角下，其可能投入运行的开机流量为机组台数。
2.4多机组变角—变速经济运行，多机组变角—变速经济运行与多机单独变角或多机组变速经济运行存在的不同之处在于：以单独变角运行为例，由于转速不变，在一定的扬程下，机组可以开机流量从单机组运行直至全部机组投入运行。
3、不同装机时的多机组站内优化运行模式
3.1不同装机时的多机组站内优化运行模式，在考虑变角调节的状况下，以泵站运行总费用（包括机组耗电费用、辅助设备耗电费用、设备折旧费、人员工资、行政管理费、设备大修及维护费）最低为目标函数，以总流量、单机流量、扬程、功率、效率、叶片角等为约束条件，寻求最优的运行机制，使满足总流量要求时的费用最省。
3.2以总水量为约束的不同装机时的多机组站内优化运行模式，不同装机时的多机组站内优化运行模式与相同装机时的优化模式不同之处在于：在各不同的装置扬程下，相同装机时，对应于唯一的扬程、叶片角、转速组合，开机时单机组流量惟一确定，多机组时成单机组流量的整数倍，与开机台数完全成正比；装机不同时，可假设存在A型机组M型机组K台，由于机组不同，可调的转速和叶片角范围不一定相同，因而在一定的装置扬程下，可分别对上述两种机组分别采用正交试验的方法确定叶片角、转速组合，从而确定在此扬程下的单机组流量。
参考文献
[1] 张淑英等编著，河流取水工程，郑州，河南科学技术出版社，1994.
[2] 刘自放等编著，水资源与取水工程，北京，中国建筑工业出版社，2000.