[发明专利]一种矿井排水系统基于峰谷电价的分段控制方法

摘要

本发明涉及矿井井下排水技术领域，尤其涉及到一种矿井排水系统基于峰谷电价的分段控制方法，该方法利用计算矿井涌水量及周期滤波均衡方法得到的一个计算周期Tmin的预测涌水量q，该预测涌水量q作为避峰填谷分段决策的预测值，将水仓水位划分为4段，超低水位H_LL、低水位H_L、高水位H_H、超高水位H_HH，依据峰谷电价，将一天24小时按电价分成四个电段，分别是谷段、峰段、平段I、平段II，建立投入水泵数量n与q、h、t的数学模型，根据预测涌水量q的值及电段信息选择数学模型，计算出相应时段应投入水泵的值，并控制相应数量的水泵开启，实现自动化、无人化控制，精确控制矿井排水系统，避免水泵频繁启停，节能降费效果更明显。

主权项

1.一种矿井排水系统基于峰谷电价的分段控制方法，该方法使用到一种自制控制设备，所述自制控制设备包括设置于矿井上控制中心的工控计算机、设置在矿井下泵房的可编程逻辑控制器PLC、设置在矿井内的两个液位传感器D1和D2、流量传感器A及B₁水泵、B₂水泵、…、B_N水泵，还包括每台水泵分别对应配置的C₁电动阀门、C₂电动阀门、…、C_N电动阀门，上述可编程逻辑控制器PLC的通讯端通过通讯光缆与工控计算机连接，可编程逻辑控制器PLC的输出端与C₁电动阀门、C₂电动阀门、…、C_N电动阀门及B₁水泵、B₂水泵、…、B_N水泵的控制器连接控制水泵启停，可编程逻辑控制器PLC的输入端通过线路与液位传感器D₁和D₂、流量传感器A相连，两个液位传感器D₁和D2用于实时测量矿井水仓水位，流量传感器A设置在总排水管出水口处并用于测量总排水管排出的水量，其特征是：所述方法步骤如下：Ⅰ、利用计算矿井涌水量及周期滤波均衡方法得到的一个计算周期Tmin的预测涌水量q：在一个测量周期Ts，Ts的单位是ms，取值范围是100~1000ms，连续采集同一矿井水仓液位液位传感器D₁和D₂的液位值及流量传感器A的流量值，及当前运行水泵数量n；对上述步骤中采集数据进行低通滤波处理；得到水仓实时液位值h和排水量值p；根据计算公式V_I（t）=h’+p，对一个测量周期Ts内涌水量V_I（t）进行近似测算，上述h’为水位变化率；对k个测量周期Ts的涌水量V_I（t）进行平均计算，获得计算周期Tmin内的预测涌水量q，该预测涌水量q作为避峰填谷分段决策的预测值，上述计算周期Tmin=K*Ts；Ⅱ、将水仓水位划分为4段，分别是超低水位H_LL、低水位H_L、高水位H_H、超高水位H_HH，上述低水位H_L、高水位H_H是水仓正常工作水位，超低水位H_LL、超高水位H_HH是异常警报水位；Ⅲ、依据峰谷电价，将一天24小时按电价分成四个电段，分别是谷段、峰段、平段I、平段II，0时~8时是谷段，8时~12时是峰段，12时~18时是平段I，18时~22时是峰段，22时~0时是平段II；Ⅳ、建立投入水泵数量n与q、h、t的数学模型：                    （式1）                   （式2）            （式3）上述公式中：h是水仓实时水位，t是该电段剩余时长，q是预测涌水量，H_L是水仓低水位值，H_H是水仓高水位值，H_HH是最高水位值，Vo1是单台水泵排水量，max（H_L，H_H‑5q）是平段I结束时水仓水位值的取值范围；Ⅴ、将步骤Ⅲ中电段信息、步骤Ⅳ的数学模型输入给可编程逻辑控制器PLC，可编程逻辑控制器PLC根据预测涌水量q的值及电段信息选择数学模型，计算出相应时段应投入水泵的数量，并控制相应数量的水泵开启：（1）预测涌水量q较低，即q ≤ ，则峰段、平段I和平段II均不排水，仅谷段排水，且谷段投入排水泵数量按照式1计算；（2）预测涌水量q较高，即q ≥ ，峰段、平段I、平段II和谷段均排水，峰段投入排水泵数量按式2计算，平段I、平段II、谷段投入排水泵数量按照式1计算；（3）预测涌水量q在和之间，即：<q<，峰段不排水，平段II投入排水泵数量按照式2计算，平段I投入水泵台数依据式3计算，谷段投入排水泵数量按照式1计算。