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摘要:随着水厂泵站自动化控制的普及以及节能减排的迫切性，水厂泵站等大型能耗单位的降压节能技术关注度日益提高。水厂泵站自动化控制过程中需要消耗大量的电力资源，不可避免的会造成巨大的能源浪费，因此该过程中的低压节能技术分析十分必要。针对水厂泵站自动化控制中泵站低压节能软件、硬件技术进行分析，并结合模拟实验，验证了低压节能控制技术的准确性和实用性。
关键词:水厂泵站;自动化控制;低压节能;模拟运行
0引言
水厂泵站在为城市乡村提供生活、生产、工业用水的同时，普遍存在着一系列问题。其中，在水厂泵站的自动化控制过程中，最为突出和难以解决的问题是电力资源的消耗。低压节能技术实现的关键在于，在满足最大数量的用户及保障水压足够的情况下，实现自动化控制系统的最低压运行，以达到节约能源的目标［1］。针对目前水厂泵站自动化控制的现状，为了达到降压节能的目的，文章进行了水厂泵站自动化控制中的低压节能技术分析。
1泵站低压节能软件技术分析
对于一般水厂泵站的自动化控制系统中，确定了控制系统的基本边界条件(流量、水压)和基本设备参数(水泵、电机、涡轮)的情况下，泵站自动化控制系统的节能软件主要采用最小二乘法理论进行数据处理［2］。基于最小二乘法低压节能算法，能够运用串联和并联交互的泵组的特征进行最小二乘拟合，自动找出一套最为简便的运算方法和数据处理控制方法。通过简便计算和大数据处理，可以节省自动化控制系统的运算时间和耗电量，同时可以保证泵组在最低能耗下的稳定运行，即在最低能耗的情况下，对泵组进行低耗能的运转方式和水流调配。我们能够明确整个软件节能计算的运行过程。根据提供的边界条件和设备参数，根据计算筛选后进行优化数据的采集，对优化后的数据进行最小二乘拟合曲线运算，通过最优化节能方程的求解能够确定最佳策略算法和运行方法，最后经过组态软件接受到的信号对泵站自动化系统PLC控制，从而实现设备的控制和运行等操作［4］。
2泵站低压节能硬件技术分析
泵站的低压节能技术的实现除了依赖于软件的最优化运算外，还依赖于低压节能硬件的实际操作和运行。泵站的低压节能硬件系统主要包括低压线路转换终端层、综合节能装置和低压线路综合控制主站层3大部分［5］。
2.1低压线路转换终端层分析
低压线路转换终端层能够基于自动化控制系统采集的数据，进行周期性的取样，并将筛选后的优化数据上传到综合节能装置中，通过综合节能装置的分析结果进行反馈指令的传达和控制命令的执行，从而实现整个控制过程的稳定运行［6］。低压线路转换终端层可以快速进行线路低压下的切换，优化了相关自动化控制系统的互联网通讯模块。相比较于传统线路转换器，低压转换器能够维持在低压工作状态下，稳定支撑水厂泵站覆盖区域的线路通讯，确保区域内稳定的水资源调节调度工作，并且通讯覆盖区域较传统转换器增大了2km以上［7］。
2.2综合节能装置分析
综合节能装置对于实现低压节能算法有重要意义，它主要作用是接收线路转换终端层的各种信号以及反馈系统软件的各种指标和结果等，因此，综合节能装置又被称作低压节能技术中的中间层。综合节能装置主要分为智能控制单元、无功率反馈单元、通讯单元三部分。智能控制单元也是基于最小二乘法算法的低压节能装置，它的主要作用是采集终端层的各种信号参数，并通过低压节能运算标准对各种参数进行标准化，通过对比标准参数筛选出相关的参数进行下一步处理，而无关参数则反馈到无功率单元中。无功率反馈单元主要用于接收智能控制单元中筛选出的低压节能无关参数，并将与无关参数相关的运算或操作直接终止。这样就大大节省了数据运算与处理的时间，数据计算的减少直接导致了设备能够在低压下稳定运行，并且降低了整个运行过程的能耗。通讯单元主要用于接收终端层反馈的相关参数，并对相关参数进行最优运算，经过最优化处理的参数会被传输到低压节能控制软件中进行二次处理。得到的反馈信息再次传输到通讯单元中，通过通讯单元来实现实际运行操作指令的下达。
2.3低压线路综合控制主站层分析
低压线路综合控制的核心装置———低压控制主站层主要用于接收各类参数和指标，并对参数进行对比筛选，运算后将收到的信号划分为优化数据和无关数据，并分别将两种数据反馈到低压线路控制终端层和综合节能装置的无功率反馈单元，实现对自动化控制的数据低压节能处理。一般的，所有的平台数据都会通过主站层进行处理和分析。主站层在对各类参数进行实时运算处理的同时，还能对整个自动化控制平台进行数据监测。针对各装置和单元的操作和运转进行标准数据对比和评测，及时发现耗能高、过程多、相关性差的运算和操作，并通过无功率反馈单元直接进行终止命令，确保整个低压节能软件和硬件的运行都在低压节能环境下进行。综合整个硬件系统的各部分功能来看，我们可以确定整个硬件系统的工作原理。首先，低压控制终端层将采集到的实时数据传输到综合节能装置(中间层)，中间层对收集到的数据进行调控筛选等处理后，将粗略计算分类的数据发送到低压节能综合控制主站层。主站层对数据进行精确划分并分别将相关参数和无关参数反馈给中间层的低压节能单元和无功率反馈单元，使中间层的两个单元对不同参数进行相关的处理。最后，中间层不同单元的反馈信息会再次传达回到终端层中，通过终端层的相开关实现具体的操作。整个硬件系统的操作流程是可循环的，不出现意外情况下在低压运行条件下可持续稳定的进行，不仅对泵站自动化控制系统实现了实时数据监控和快速运算，同时也有利于节约整个系统的电力能源消耗情况，实现水厂泵站自动化控制中的低压节能技术分析。
3实例分析
为了对泵站低压节能技术软件和硬件的运行准确性进行判断，我们在山东青岛几家大型水厂泵站进行试点实验。试点实验主要分为实验参数的采集、相关参数的条件调整和实验对比结果的分析3部分进行。
3.1实验参数的采集
为了更好的验证该低压节能硬件和软件技术的可靠性和准确性。需要采集这几家泵站的实际的泵站自动化控制能源损耗(电力损耗为主)、工作电压、水泵数量、最大流量等参数，与实验进行对比参照。经过对几家水厂的实际数据调查，并筛选出关键性的影响参数并进行平均值量化后，我们得到表1的基本实验参数。经过对比几家水厂泵站的关键性影响参数和实际低压节能技术的应用问题。我们确定了七个基本参数，包括:泵站的泵流量、电机功率、转速、电机运行电压、电力损耗、控制电压以及控制周期等。
3.2参数的边界调整
为了提高实际边界参数对于实验后的结果的对比性，我们需要对该低压节能软件和硬件的边界参数做出一定量的调整，使其结合实际的低压控制网络的特征，并获得评价更为精确的结果。边界参数的调整主要包括:低压控制电机电压的调整、低压线路转换调整以及三相无功平衡调整等方面。低压控制下的电机电压调整是依据泵站在最大承载力的情况下，稳定运行所消耗的最经济电压的区间。根据电力损耗的经验公式，依据实际电阻、电压的数值，可以确定出最佳电压区间(500－550VAC)，此时电网的损耗将是最小的。调整后的电机电压参数输入低压节能软件中后，经过智能终端层的统计分析功能，找到该低压下的最佳配变档位区间，根据实际需求可以在该区间内调整不同情况下的最佳档位。低压线路转换调整是在泵站的实际工作中，可能随时会发生档位变化或流量变化，进而导致线路需要转换来实现不同档位的控制。由于线路转换会影响到电机转速和电机工作电压，进而影响整个自动化控制体系的电压和能源消耗，所以要在线路转换时设置一个能够在最低电压下稳定工作电压区间，保证线路转换和节能操作。根据实际情况，我们选取最佳控制电压区间为17－20VDC。三相无功平衡调整是当自动控制系统在低压条件下完成三相电无功不平衡配变调整后，进行的低压条件下的无功率定补操作，对配变的无功率反馈行为进行补偿能够实现整个低压节能装置的平衡。同时，三相无功平衡调整能够使整个泵站自动化系统的配电网中无功率流动最小化，从而实现无功损耗在最低电压下的消耗最小化。
3.3实验结果分析
通过低压节能装置在青岛几家大型水厂泵站的试点实验，对比传统自动化控制体系的未安装节能装置的数据。通过表中对比数据，我们可以得到的结论有:1)泵站自动化控制系统在安装了低压节能软件和硬件设备后，试点泵站的电力损耗平均降低9.8%，较传统的设备电力损耗有大幅度的降低，最大线性损耗较同期普通设备降低15%。在降低电力损耗方面，低压节能装置的节能效果十分明显。2)安装低压节能装置后的泵站自动化控制体系的工作电压明显降低，较传统装置电压降低幅度达到了50%。工作电压的大幅降低，不仅降低了整个自动化控制的耗电量，还能够有效保障设备内电子元器件的使用寿命和可靠性。3)在安装了低压节能装置后的泵站自动控制系统，由于其优化后的最小二乘法算法，使得整个系统处理分析等过程变得更快捷。所以，控制周期和线路切换的速度大幅度的缩减，并且基于智能技术的调节装置，还能够实现普通系统无法实现的无功率平衡调节功能。
4结语
通过对水厂泵站自动化控制中的低压节能硬件设施和软件设施的技术分析，能够实现泵站自动控制下稳定的常规运行和操作，通过对低压节能技术设施的试点实验，充分验证了泵站低压节能技术的可行性，并且能够优化电压、流量和电机的平衡，降低稳定运行的电压，降低线性电力损失率，达到了降损、节能、减排效应的同步实现，社会效益也得到验证。需要说明的是，目前泵站的低压节能控制技术的硬件和软件设施还不够完善，一些细节控制并不能完全解决实际问题。但随着低压调压器、低压稳流器等装置越来越普及，低压控制系统的运行以及国家政策经济性调控手段的实施，低压节能技术的效果也将越来越显著。因此，泵站自动化控制中的低压节能技术具有十分广阔的发展前景。
参考文献:
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作者:李建平 单位:南昌县红旗大泵电力排灌管理站