12赵桐 12史陈浩 12郝仁
1天津泰达水业有限公司
2天津泰达津联自来水有限公司
摘要：水利行业是关乎我国国民经济的重要行业，当前，复杂供水系统一般指的是在进行水资源的分配与协调时所建设的跨流域、多水源、多用户群的调水工程。在这个系统中，普通的水源工程基本以当地水库作为基地，进行水力补偿，从调水工程的系统性来看，供水系统自身规模庞大，技术复杂，结构多样，如果能够实现复杂供水系统泵站的优化调度与安全运行，那么必定能够降低供水工程的能耗，提高供水系统的效率。
关键词：复杂供水系统；泵站；优化调度；安全运行
引言
泵站是城市供排水系统的重要组成部分，泵站调度是城市供排水系统功能正常发挥的关键。为实现面向城市供排水泵站的无人值守、自动调度以及调度决策智慧化等目的，全面提升泵站乃至城市供排水系统的智能化水平，设计了城市供排水泵站调度的三层控制模型。在三层控制模型中，底层用于实现单个泵站中多台水泵的运行调度，中层用于实现系统中全部泵站的调度，顶层用于实现基于大数据的供排水系统调度决策。
1泵站节能调度需求
泵类设备的节能降耗工作主要从设计制造以及使用运行这两个环节来展开，前者主要取决于泵产品的设计制造厂商，即通过设计高效率的水力模型和采用高精度的加工装配工艺来确保泵产品本身的高能效指标；而后者则主要是在泵的服役过程中，通过泵的维护、检测和泵站调度等手段，尽量使泵产品运行过程的能效指标达到其理论设计值。其中，对于以工业循环冷却水系统为代表的领域，通常涉及多台运行水泵及其配套的备用泵，以满足流量不断变化的末端用水需求，故不同运行工况下各水泵的启用调度问题是循环冷却水系统节能的核心问题。譬如，通过对泵站各种水泵配置下的大量测试，建立泵站的“特征流量-最小电耗功率-运行模式”数据库，并根据泵站运行过程中的实际流量进行最佳运行模式的匹配制。这种方式在一定程度上有助于泵站的能耗节约，但需要对泵站进行大量的测试和统计，得到泵站各种运行模式下的能耗值。采用这种方式，在实际应用过程中障碍较多，难以推广应用。引入当前最新信息通讯和大数据分析挖掘技术，提出数据驱动的泵站智能调度技术，在泵站运行过程中收集相关数据并进行统计分析，用于泵站配置的实时调度。通过实践可知，该技术得到了广泛的推广应用，并取得了很好的节能效果。
2复杂供水系统泵站优化调度与安全运行的研究方法
复杂供水系统的水源一般是当地的水库，在水力补偿关系上，供水系统自身规模庞大，系统复杂，因此需要以梯级泵站的模式进行工作分配。对于梯级泵站的安排，人们可以将其中的某一级泵站作为一个研究主体，同时考虑好各级泵站之间的互相联系。泵站内部还有一些其他的机组联合工作，其工作环境与工作进程非常复杂。因此，在研究其优化调度以及运行方法时，要建立单位工作主体研究模型，科学地分析各个水泵工作点的调节情况，以一观整，以某个梯级泵站为单独主体来研究整体的复杂供水系统运转情况。
3复杂供水系统泵站优化调度与安全运行策略
3.1基于人工蜂群算法的供水泵站运行优化
ABC算法（人工蜂群算法）作为一种群智能优化算法，具有收敛速度快、计算精度高、全局寻优性能好、适用于解决带复杂约束问题等特点。ABC算法最早由Karaboga等完整提出，其详细分析了该算法的寻优性能，通过基准数值测试函数对该算法进行了适用性测试，并对性能的影响因素进行了分析研究。
ABC算法自提出以来，被广泛应用于各个领域，取得了丰硕的成果。但国内将ABC算法应用于泵站系统节能优化调度的研究还比较少。针对泵站系统中定速泵和调速泵运行组合不合理，导致运行效率低下的问题，建立以泵站总功率最小为目标函数的数学模型，并利用ABC算法进行求解计算，得到了水泵运行台数、调速泵调速比以及各泵流量分配的运行策略。
3.2数据驱动的泵站智能调度技术
智能调度系统功能模块包括了参数输入、采集、存储、运算和调度等五大模块，可使用西门子PLC400作为核心部件进行开发。其中，触摸面板充当参数输入模块，可供用户输入泵站的基本参数；采集模块则主要涉及数据采集卡，可通过TCP/IP协议或RS485等方式采集现场流量计的流量数据和功率表的有功功率值；存储模块采用本地存储闪存；运算和调度则通过PLC的梯形图编程来实现。
3.3调度与值班耦合应用系统在泵站管理中的实现
泵站的运行调度是泵站日常运营管理的重中之中，特别在汛期，严格控制机组运行的人员操作和指令执行，科学、系统地强化泵站管理的过程控制，是泵站发挥运行效益的关键之处。近年来，各地泵站、水闸等枢纽工程都高度重视水利信息化工作，相继建设了工程管理系统。但目前多数泵站日常业务信息化应用程度较低，少数泵站进行了信息化系统建设，但各子系统条块分割，在数据互联互通、耦合应用方面有所欠缺，距离实现精细化、智能化管理还存在一定差距，具体表现在：1）调度管理缺乏规范化在线管理与跟踪。现实调度过程中，发令、受令、执行往往通过线下电话或传真调度，或以纸质调度文档线下流转，流程繁琐，且无法准确获取调度操作节点进度。2）值班效率低下。多数泵站值班工作电子化程度低，排班与交接班多为人为调度与管理，运行人员在值班时也多为在纸上定时填写泵站运行记录表。3）工作票和操作票两票管理多为纸质化记录，缺乏与值班、集控系统的联动，缺乏规范的信息化管理手段。操作执行过程未能与值班用户信息耦合，无法追溯整个操作流程，多为事后补单，同时操作过程缺乏与集控系统联动，无真实监视数据作为操作凭证和数据支撑。因此，在泵站运行调度过程中，如何运用自动化与信息化结合的手段，管控操作票、工作票、交接班等工作制度信息化及流程化的落地实施，是泵站安全、高效运行所必须考虑的问题。为实现泵站控制运用工作的标准化、精细化管理，有必要完善调度开票与运行值班管理系统（以下简称管理系统）的建设，科学系统地强化泵站管理的过程控制，逐步实现规范精细、先进科学的泵站控制运用与管理模式。
3.4基于5G网络的加压泵站远程控制系统
近年来，工业4.0的概念引起了业界对未来工业发展广泛深入的讨论。作为继以蒸汽机、大规模流水线生产、电气自动化为标志的三次工业革命之后的第四次工业革命,工业4.0以数字化制造为核心理念,将推动互联网技术深度参与生产过程，优化生产成本，缩短产品上市时间，提高生产灵活性，继而全面提升制造业的竞争力。中国制造2025如何对接德国工业4.0，在国内供水行业，就体现为智慧水务平台的建设。随着现代化水厂建设的不断深入以及智慧水务建设的不断发展，各级水厂、水司对生产、调度的智能化需求也不断提高。不仅要对水厂内部的生产设备设施能够进行实时监控，对供水管网上配套的泵站也提出了实时执行调度指令的要求。鉴于加压泵站一般都距离水厂较远，且无人值守，因此研发一种在水厂、水司的调度室就能够远程监控泵站运行的自控系统，就成为提高调度工作效率，减少维护人员，节约车辆费用的最佳选择。
结语
总之，要结合实际情况，控制泵站机组的运转台数与工作曲线，并且处理好泵站的水锤防护等安全问题，保证泵站的安全运转，从而为我国社会的正常运转提供水资源保障。
参考文献
[1]吴 钢，蒋立新，周 剑.江尖泵站技术供水系统优化配置研究与实践[J].水利建设与管理，2019，39（2）：48-51.
[2]刘亚明.复杂供水系统泵站优化调度与安全运行研究[D].太原：太原理工大学，2018.