流体管道网络的需求管理和控制的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于受限压力水头或重力馈送流体闭合导管网络的需求管理和 控制的方法，具体地说，但并非囊括地，设及一种用于受限压力水头或重力馈送水灌概管道 网络的需求管理和控制的方法。
【背景技术】
[0002] 在我们的完整合并到此的美国专利No.7,152,001中，公开一种用于预测流体流量 网络中的流体液位的基于计算机的系统。由于系统可W使用参数的过去测量和现在测量W 预测并且控制流体液位和流量，因此其已经是非常成功的。系统收集来自定时的流体液位 的数据W及调节器或阀的打开位置，W提供可W实时确定流体液位和流量的模型。
[0003] 在完整合并到此的我们的国际专利申请NO.PCT/AU2012/000907中，公开一种用于 流体网络的需求管理的方法。所述方法可应用于封闭的导管（管道线网络）和开放的导管 (通道网络）。重力管道网络典型地在受限压力水头内操作，并且因此在它们的对于满足需 求的能力方面受约束。
[0004] 用于管道网络的已知模型将用在用于运些网络的需求的管理中。来自SCADA系统 的数据将用于基于系统标识技术而校准并且连续地精细调谐管道传送网络的模型。流量测 量和压力水头测量将位于将认为对于将模型校准到期望的精度是必要的管道网络的点处。 对用户的供水点是对管道网络所使用的控制的基本形式。用于管道网络的控制器远比其对 于通道网络更简单，在通道网络中，控制的基本形式是将供水点处的流量保持为等于量级。
[0005] 需求的控制和管理尤其可应用于对于供应灌概水普遍使用的重力管道网络。由于 重力管道网络典型地在受限压力水头内操作并且因此在它们的用于连续地满足需求的能 力方面受约束，因此实现运些系统的难度已经显现。重力管道还典型地操作在较低压力水 头处，其中，归因于阀操作，出口处的各流量之间将存在较大的交互。相应地，假设所有参数 (例如管道直径、流量速率、阀大小等）是相同的，那么（例如来自累送的）静态压力水头越 高，归因于阀操作(例如阀打开或关闭）的流量波动对操作中的其它阀的影响越不敏感。
[0006] 图1示出操作阀为何对管道线中具有较高压力水头的（例如来自其它打开阀和关 闭阀的）供水管道线的流量变化较不敏感。对于线10处的高压力的W及线12处的低压力或 重力馈送液压斜度线或压力水头，图1示出液压斜度线或压力水头针对阀位置的图线。在斜 度上示出具有两个阀16和18的重力馈送管道14。虽然在斜度上示出管道14,但如果提升水 供应，则其可W是水平的，W提供所需的压力水头。对于线10,管道14将禪合到用于产生高 压力水头的累浦(未示出）。解释现如下：
[0007] 1.假设一个物理管道线14操作在低压力化P)状态W及高压力化P)状态中的任一 状态，并且用于供应离开管道线14的流体的特定操作阀。
[000引2.假设初始地供水管道线14在两个状态下按同一流量速率化操作。
[0009] 3.(归因于其它阀16、18开始W及停止的)供水管道线14中的流量的改变对于运两 个状态而产生。
[0010] A Q =化-化
[0011] 4.归因于流量的改变A Q的操作阀16处的压力水头的改变Ah对于运两个状态是 相同的。（已知的管道线流量针对压力水头等式(例如Colebrook-White等式）,Manning公式 是可应用的）
[0012] 5.如下确定穿过阀16的水头损耗：
[0014] 其中，
[0015] h =关于流体水头的压力损耗(即流体水头损耗）
[0016] K =用于所指定的阀打开的阀"K"因子(假设恒定）
[0017] V =流体的速度
[001引g =归因于重力的加速度
[0019] 6.假设相同的初始流量，并且因此在LP状态和HP状态下通过操作阀16的速度是相 等的
[0020] VLPI = VHPI
[0022] 7.在 hLPi<<hHPi 的情况下，
[0023] Klp << Khp
[0024] 其中，Klp和Khp表示用于任一压力状态下操作的不同阀打开的不同K因子，即，阀16 将在LP状态下比在HP状态下处于更大的打开。
[0025] 8.当引入压力水头改变Ah时，关于每个状态穿过阀16的压力水头的改变分别是 hLP2 = kp广Ah和hHP2 = hHP2-Ah。穿过阀的水头的相对改变在LP状态下比HP状态下最大。
[0026] 9.假设阀16对于每个状态保持在同一打开位置，并且因此K因子保持相同，那么用 于每个状态的新的速度是：
[0029] 10.归因于压力水头改变A h的用于每个状态的所得速度将是：
[0030] ( VLP2-VLP1) > > ( VHP2-VHP1)
[0031 ] 速度的改变并且因此通过阀的流量对于LP状态远比对于HP状态更大。
[0032] 具有较小直径阀和流量计的较高压力（例如所累送的）管道比具有较大直径阀和 流量计的低压力管道在各操作阀之间具有更少的交互。在高压力系统中，阀可W手动地定 位到所设置的打开，W实现特定流量，并且流量将不受管道线中的其它阀的操作(例如阀打 开或关闭）显著影响。而低压力管道要求集成式控制和需求管理系统在严格液压斜度线条 件内管理阀交互。
[0033] 图2示出与图1分离的管道线14,并且示出最大供水压力22,其必须保持管道线充 满，W确保与阀16、18和20关联的流量计(未示出）的精度。重要的是，由于"管道不充满"情 形将显著改变掌控管道流量的动态的物理，因此保持管道线充满，W使得控制问题简单并 且易处理。"管道充满"状态与"管道不充满"状态之间的管道流量过渡将使得实现强健控制 是棘手的。将与管道线14关联的液压斜度线12保持在最大供水压力22之上将还确保阀16、 18和20处的压力水头高得足W保证对于阀所设计的流量速率。与管道线14关联的低压力水 头或液压斜度线12将势必导致对于保持阀处的期望流量必须的各离散控制动作之间的增 加的控制器交互。运进一步恶化与主干线管道线的总流量容量有关的阀处的流量容量很高 的重力管道线。打开或关闭阀的动作将影响压力水头，并且因此影响正操作的管道线14上 的所有其它阀处的流量。因此，不操作管道线的各个自动化阀之间将存在交互。在运种低能 量管道线中，控制将经受不稳定性。阀中的每个移动具有与所有其它操作阀的交互的液位 加上源或出口处(农场上）的供水液位变化。因为管道线14中的低压力，所W液压斜度线12 对于阀/出口的操作非常敏感。
[0034] 图3示出运种敏感性，其中，示出流量和时间的图线。线24示出阀16已经打开W及 阀18的打开对网络具有的影响。线26示出阀18的流量。阀16和18都尝试保持它们的预先选 择的流量速率，但阀在各阀之间产生不稳定的抖动交互。交互在28处流量的改变所示出的 通过阀16的流量上相当微小，但在30处流量的改变所示出的