管网瞬态过程智能调度方法

技术领域

本发明涉及水锤防护技术领域，具体地，涉及一种管网瞬态过程智能调度方法。

背景技术

供水管网运行过程中水泵、阀门动作引起的流速急速变化，是产生水锤风险的根本原因，城市供水工程一般具有设备装机容量大、服务区域大、安全要求高、调度难等特点，出现事故或故障不仅是经济损失，其社会危害也非常大。

公开号为CN111310925A的专利申请公开一种基于加速遗传算法的城市供水原水系统两级优化调度模型，虽然通过该模型可以实现原水输送费用最少，能耗最少且能进行实时的供水量调节，但其是并未考虑到水流的瞬态水力过程，且无法对供水过程进行安全调度。

在管网系统和防护设备的基础上，充分发挥精确感知、模型驱动、有效分析、科学决策以及智能控制的关键应用，强化体系化的供水管网系统运行安全和智能调度系统目标，形成具有智能化的韧性城市供水管网瞬态过程智能调度是当务之急，以便更好地为城市供水服务。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种提升管网系统的节点运行安全可靠性及事故快速恢复的管网瞬态过程智能调度方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种管网瞬态过程智能调度方法，包括安全监测模块、调度巡检模块和瞬态过程控制模块，安全监测模块用于对管道具体位置的瞬态水力模型分析得出的水锤特征曲线进行分析和判断，确定水锤风险的低、中、高风险分类；

判断为高级别水锤风险时，进入瞬态过程控制模块控制流程；

判断为中、低级别水锤风险时，进入调度巡检模块巡检与工单管理流程；

瞬态过程控制模块的控制流程包括如下步骤：

S1.基于动态的管网拓扑，计算最优供水路径；

S2.根据S1的最优供水路径，校核供水目标是否能达到工程设计要求，制定调度方案，并根据调度方案中控制对象进行工况参数和设备状态的调度巡检；

S3.设计和构建智能策略库，根据S2中调度方案，制定一个或多个初步控制策略；

S4.在进行瞬态过程控制时，采集水锤和空气的瞬态监测数据，评估并更新智能策略库；

S5.采用瞬态水力模型计算，校核初步控制策略的安全性，选择最优的初步控制策略输出；

S6.稳态工况下，采用PID目标闭环控制模式执行调度；瞬态工况下，采用S5输出的最优控制策略通过分布式控制模式执行调度。

进一步地，安全监测模块包括管道水锤监测模块和空气安全监测模块；水锤监测模块对管道压力变化率、水力模型特征和最大值等信息进行结合分析；空气安全监测模块对空气阀运行时的压力特征与实测压力的比对吻合度进行分析。

进一步地，S1中计算最优供水路径采用信息图论和神经网络算法进行。

进一步地，S3中设计和构建智能策略库应用大数据原理和控制策略智能算法进行。

进一步地，在S6后还具有监测与校核步骤S7，S7分为两种情况；

稳态监测时，监测管道稳态水力参数和设备运行状态，进行稳态模型校核和复杂网络理论进行拓扑与供水路径更新；

瞬态监测时，对管道水锤和空气进行安全监测，进行瞬态模型校核，并对调度效果进行评估，将评估优良的控制策略更新至智能策略库。

更进一步地，S7瞬态监测中对调度效果的评估采用相似度评估法进行。

进一步地，还包括用于管道水锤防护的水锤防护模块，水锤防护模块对管道水锤位置的安全、健康状态进行监测和管理，水锤防护模块与调度巡检模块信号连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本申请基于体系工程的科学原理，采用复杂网络理论和基于稳态水力模型的水动力学机理，对供水路径进行规划和运行水力参数优化达成供水目标，采用智能策略算法和瞬态水力模型制定控制策略达成安全监测与防护的运行安全目标，实现动态、突发、应急的瞬态过程安全调度。

附图说明

图1为实施例1所述瞬态过程控制模块的控制流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

一种管网瞬态过程智能调度方法，包括安全监测模块、调度巡检模块和瞬态过程控制模块，安全监测模块用于对管道具体位置的瞬态水力模型分析得出的水锤特征曲线进行程序分析和判断，以确定水锤风险的低、中、高风险分类；安全监测模块具体包括感知模块、高频智能终端、配套软件平台、管道水锤监测模块和空气安全监测模块，其中水锤监测模块对管道压力变化率、水力模型特征和最大值等信息进行结合分析，空气安全监测模块对空气阀运行时的压力特征与实测压力的比对吻合度进行分析；管道内压力由高频智能监测终端以50Hz～200Hz进行采集(高频智能监测终端采用公开号为CN211820984U的智能空气阀水力组件中的智能监测终端)，由配套软件平台完成监测和风险分类，根据分类对不同等级的风险采取不同的告警方式。

当判断水锤风险为高级别时，进入瞬态过程控制模块控制流程；

当判断为中、低级别水锤风险时，进入调度巡检模块巡检与工单管理流程。

调度巡检模块包括调度前的巡检和任务巡检，任务巡检为人工计划填报的巡检任务以及各类告警需要进行的巡检，巡检工作均通过工单管理，工单管理对巡检对象、内容、资料、步骤、处理过程和跟踪过程等进行管理。

瞬态过程控制模块的控制流程如图1所示，具体包括如下步骤：

S1.复杂网络理论供水路径优化：采用信息图论与神经网络算法，基于动态的管网拓扑，计算最优的供水路径，信息图论是对管网拓扑结构的结构化数据管理，神经网络是对拓扑的结构化数据进行分析；通过实时的稳态监测和管网优化，如阀门启闭、开度状态，实时提供最新的管网拓扑结构输出；

S2.稳态水力模型目标校核与调度方案制定：根据S1的最优供水路径，采用稳态水力模型计算校核供水目标是否能达到工程设计要求，制定调度方案，包括控制对象和控制目标，并根据控制对象进行工况参数和设备状态的调度巡检；

S3.智能策略库构建：应用大数据原理和控制策略智能算法设计和构建智能策略库和智能控制算法，根据S2中调度方案，制定一个或多个初步控制策略，包括调度过程总时长，每个控制对象的控制顺序和时长；大数据的基础是历史数据和历史控制策略，智能算法是根据目前的工况寻找具有相似的工况的控制策略，综合计算出更具合理性的控制策略若干，供后端瞬态安全校核；

S4.智能策略库评估：在一次瞬态过程控制时，同步采集水锤和空气的瞬态监测数据，采用相似度分析有效性评估方法，评估并更新智能策略库；

S5.瞬态水力模型安全校核与控制策略制定：采用瞬态水力模型计算，基于初步控制策略，校核初步控制策略的安全性，综合比较选择最优的初步控制策略输出作为控制策略输出；

S6.自动化控制：稳态工况下，采用PID目标闭环控制模式执行调度，满足日常供水正常调度水力参数实现；瞬态工况下，采用S5输出的最优控制策略通过分布式控制模式执行调度，满足动态、突发、应急的瞬态过程安全调度。

S7.监测与校核：稳态监测时，主要对管道稳态水力参数和设备运行状态等监测，并反馈至稳态水力模型进行稳态模型校核和复杂网络理论进行拓扑与供水路径的更新；瞬态监测时，以高频监测与边缘计算技术为基础，主要对管道水锤与空气进行安全监测，高频数据采样满足水锤与管道吸排气快速变化的瞬态过程完整的记录，结合流体动力学原理的机理分析，满足对水锤与空气吸排过程的识别、分析与判定，并反馈至瞬态水力模型，满足进行瞬态模型校核；并采用相似度评估法进行调度效果评估，对效果佳的控制策略更新至智能策略库。

本申请的管网瞬态过程智能调度方法还包括用于管道水锤防护的水锤防护模块，水锤防护模块与调度巡检模块信号连接，水锤防护模块主要是通过高频智能监测终端来监测数据并对其运行状态、水锤防护功能评估和异常告警，具体是基于工程设计时瞬态分析供水管网水锤风险，配置水锤防护组件，包括多功能水泵止回阀、防水锤空气阀等，水锤防护模块具有水锤或空气监测和设备健康状态监测与管理功能，满足水锤防护功能以及该位置的安全、设备健康状态监测与管理，水锤防护模块具有告警功能，存在安全风险或设备异常时将自动告警，并进入巡检与工单管理功能。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。