流體管道網絡的需求管理和控制的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種用于受限壓力水頭或重力饋送流體閉合導管網絡的需求管理和 控制的方法，具體地說，但并非囊括地，設及一種用于受限壓力水頭或重力饋送水灌概管道 網絡的需求管理和控制的方法。
【背景技術】
[0002] 在我們的完整合并到此的美國專利No.7,152,001中，公開一種用于預測流體流量 網絡中的流體液位的基于計算機的系統。由于系統可W使用參數的過去測量和現在測量W 預測并且控制流體液位和流量，因此其已經是非常成功的。系統收集來自定時的流體液位 的數據W及調節器或閥的打開位置，W提供可W實時確定流體液位和流量的模型。
[0003] 在完整合并到此的我們的國際專利申請NO.PCT/AU2012/000907中，公開一種用于 流體網絡的需求管理的方法。所述方法可應用于封閉的導管（管道線網絡）和開放的導管 (通道網絡）。重力管道網絡典型地在受限壓力水頭內操作，并且因此在它們的對于滿足需 求的能力方面受約束。
[0004] 用于管道網絡的已知模型將用在用于運些網絡的需求的管理中。來自SCADA系統 的數據將用于基于系統標識技術而校準并且連續地精細調諧管道傳送網絡的模型。流量測 量和壓力水頭測量將位于將認為對于將模型校準到期望的精度是必要的管道網絡的點處。 對用戶的供水點是對管道網絡所使用的控制的基本形式。用于管道網絡的控制器遠比其對 于通道網絡更簡單，在通道網絡中，控制的基本形式是將供水點處的流量保持為等于量級。
[0005] 需求的控制和管理尤其可應用于對于供應灌概水普遍使用的重力管道網絡。由于 重力管道網絡典型地在受限壓力水頭內操作并且因此在它們的用于連續地滿足需求的能 力方面受約束，因此實現運些系統的難度已經顯現。重力管道還典型地操作在較低壓力水 頭處，其中，歸因于閥操作，出口處的各流量之間將存在較大的交互。相應地，假設所有參數 (例如管道直徑、流量速率、閥大小等）是相同的，那么（例如來自累送的）靜態壓力水頭越 高，歸因于閥操作(例如閥打開或關閉）的流量波動對操作中的其它閥的影響越不敏感。
[0006] 圖1示出操作閥為何對管道線中具有較高壓力水頭的（例如來自其它打開閥和關 閉閥的）供水管道線的流量變化較不敏感。對于線10處的高壓力的W及線12處的低壓力或 重力饋送液壓斜度線或壓力水頭，圖1示出液壓斜度線或壓力水頭針對閥位置的圖線。在斜 度上示出具有兩個閥16和18的重力饋送管道14。雖然在斜度上示出管道14,但如果提升水 供應，則其可W是水平的，W提供所需的壓力水頭。對于線10,管道14將禪合到用于產生高 壓力水頭的累浦(未示出）。解釋現如下：
[0007] 1.假設一個物理管道線14操作在低壓力化P)狀態W及高壓力化P)狀態中的任一 狀態，并且用于供應離開管道線14的流體的特定操作閥。
[000引2.假設初始地供水管道線14在兩個狀態下按同一流量速率化操作。
[0009] 3.(歸因于其它閥16、18開始W及停止的)供水管道線14中的流量的改變對于運兩 個狀態而產生。
[0010] A Q =化-化
[0011] 4.歸因于流量的改變A Q的操作閥16處的壓力水頭的改變Ah對于運兩個狀態是 相同的。（已知的管道線流量針對壓力水頭等式(例如Colebrook-White等式）,Manning公式 是可應用的）
[0012] 5.如下確定穿過閥16的水頭損耗：
[0014] 其中，
[0015] h =關于流體水頭的壓力損耗(即流體水頭損耗）
[0016] K =用于所指定的閥打開的閥"K"因子(假設恒定）
[0017] V =流體的速度
[001引g =歸因于重力的加速度
[0019] 6.假設相同的初始流量，并且因此在LP狀態和HP狀態下通過操作閥16的速度是相 等的
[0020] VLPI = VHPI
[0022] 7.在 hLPi<<hHPi 的情況下，
[0023] Klp << Khp
[0024] 其中，Klp和Khp表示用于任一壓力狀態下操作的不同閥打開的不同K因子，即，閥16 將在LP狀態下比在HP狀態下處于更大的打開。
[0025] 8.當引入壓力水頭改變Ah時，關于每個狀態穿過閥16的壓力水頭的改變分別是 hLP2 = kp廣Ah和hHP2 = hHP2-Ah。穿過閥的水頭的相對改變在LP狀態下比HP狀態下最大。
[0026] 9.假設閥16對于每個狀態保持在同一打開位置，并且因此K因子保持相同，那么用 于每個狀態的新的速度是：
[0029] 10.歸因于壓力水頭改變A h的用于每個狀態的所得速度將是：
[0030] ( VLP2-VLP1) > > ( VHP2-VHP1)
[0031 ] 速度的改變并且因此通過閥的流量對于LP狀態遠比對于HP狀態更大。
[0032] 具有較小直徑閥和流量計的較高壓力（例如所累送的）管道比具有較大直徑閥和 流量計的低壓力管道在各操作閥之間具有更少的交互。在高壓力系統中，閥可W手動地定 位到所設置的打開，W實現特定流量，并且流量將不受管道線中的其它閥的操作(例如閥打 開或關閉）顯著影響。而低壓力管道要求集成式控制和需求管理系統在嚴格液壓斜度線條 件內管理閥交互。
[0033] 圖2示出與圖1分離的管道線14,并且示出最大供水壓力22,其必須保持管道線充 滿，W確保與閥16、18和20關聯的流量計(未示出）的精度。重要的是，由于"管道不充滿"情 形將顯著改變掌控管道流量的動態的物理，因此保持管道線充滿，W使得控制問題簡單并 且易處理。"管道充滿"狀態與"管道不充滿"狀態之間的管道流量過渡將使得實現強健控制 是棘手的。將與管道線14關聯的液壓斜度線12保持在最大供水壓力22之上將還確保閥16、 18和20處的壓力水頭高得足W保證對于閥所設計的流量速率。與管道線14關聯的低壓力水 頭或液壓斜度線12將勢必導致對于保持閥處的期望流量必須的各離散控制動作之間的增 加的控制器交互。運進一步惡化與主干線管道線的總流量容量有關的閥處的流量容量很高 的重力管道線。打開或關閉閥的動作將影響壓力水頭，并且因此影響正操作的管道線14上 的所有其它閥處的流量。因此，不操作管道線的各個自動化閥之間將存在交互。在運種低能 量管道線中，控制將經受不穩定性。閥中的每個移動具有與所有其它操作閥的交互的液位 加上源或出口處(農場上）的供水液位變化。因為管道線14中的低壓力，所W液壓斜度線12 對于閥/出口的操作非常敏感。
[0034] 圖3示出運種敏感性，其中，示出流量和時間的圖線。線24示出閥16已經打開W及 閥18的打開對網絡具有的影響。線26示出閥18的流量。閥16和18都嘗試保持它們的預先選 擇的流量速率，但閥在各閥之間產生不穩定的抖動交互。交互在28處流量的改變所示出的 通過閥16的流量上相當微小，但在30處流量的改變所示出的