[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

权利要求书

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。