Влияние статической составляющей сети водоснабжения на изменение мощности электропотребления насосного агрегата при частотном регулировании

Abstract

АКТУАЛЬНОСТЬ. Эффективное функционирование городских систем водоснабжения играет важную роль в поддержании нормальной жизнедеятельности городов и населенных пунктов. Особенно важным является управление давлением и оптимизация гидравлических режимов в водопроводных сетях, поскольку они напрямую влияют на надежность водоснабжения и эффективное использование ресурсов. Однако, определение оптимальных параметров и методов регулирования в каждом конкретном случае требует тщательного исследования и анализа. В условиях постоянного увеличения требований к автоматизации водоснабжения и растущих инвестиций в её инфраструктуру, проблема корректного технико-экономического обоснования таких вложений приобретает особую актуальность. ЦЕЛЬ. Для плавного регулирования напорной характеристики насоса в условиях необходимости поддержания заданного давления сети водоснабжения повсеместно применяются преобразователи частоты. В условиях значимости точной оценки инвестиционных затрат на автоматизацию насосных агрегатов возникает необходимость получения уравнений, которые учитывают особенности эксплуатации водопроводной сети на предпроектной стадии. В связи с этим авторы статьи ставят перед собой цель исследовать степень влияния статической составляющей сети водоснабжения на изменение электропотребления насосного агрегата при частотном регулировании и апробировать полученные зависимости на реальной статистике режимов водо-и энергопотребления водозабора «Сож» Гомельского водоканала. МЕТОДЫ. Для решения поставленных задач использовались классические формулы подобия насосного агрегата, отражающие связь между расходом, напором и мощностью потребления. В качестве метрики оценки для верификации модели электропотребления насосного агрегата использовалась среднеквадратическая ошибка (mean squared error), средняя абсолютная ошибка (mean absolute error) и средняя абсолютная ошибка в процентах (mean percentage absolute error). РЕЗУЛЬТАТЫ. Проведенные исследование демонстрирует значительное улучшение точности моделирования электропотребления при использовании модифицированного коэффициента, отражающего степень изменения мощности при изменении частоты питающей сети. При применении этого подхода, среднеквадратическая ошибка уменьшается более чем в два раза, с 0,35 до 0,167, средняя абсолютная ошибка снижается с 0,347 до 0,165, и средняя абсолютная процентная ошибка уменьшается с 0,20% до 0,08%. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Проведенное исследование подтверждает эффективность применения частотного регулирования насосных агрегатов, обеспечивающего нелинейное изменение электрической мощности, и демонстрирует возможность более точного прогнозирования электропотребления, учитывающего специфику работы водопроводной сети. Результаты этой работы могут быть полезны для проектов по оптимизации систем городского водоснабжения, обеспечивая более точное планирование и использование ресурсов.

RELEVANCE. The effective functioning of urban water supply systems plays an important role in maintaining the normal life of cities and towns. Of particular importance is the management of pressure and the optimization of hydraulic regimes in water-wired networks, since they directly affect the reliability of water supply and the efficient use of resources. However, the determination of the optimal parameters and methods of regulation in each specific case requires careful research and analysis. In the context of a constant increase in requirements for automation of water supply and growing investments in its infrastructure, the problem of a correct feasibility study for such investments is of particular relevance. PURPOSE. For smooth regulation of the pressure characteristic of the pump in the conditions of the need to maintain a given pressure of the water supply network, frequency converters are widely used. In the context of the significance of an accurate assessment of investment costs for the automation of pumping units, it becomes necessary to obtain equations that take into account the features of the operation of the water supply network at the pre-design stage. In this regard, the authors of the article set themselves the goal of studying the degree of influence of the static component of the water supply network on the change in the power consumption of the pumping unit with frequency regulation and testing the obtained dependencies on real statistics of the water and energy consumption modes of the Sozh water intake of the Gomel water utility. METHODS. To solve the tasks, classical formulas of similarity of the pumping unit were used, reflecting the relationship between flow, pressure and power consumption. The mean squared error, the mean absolute error and the average absolute error in percentages were used as the evaluation metric for verifying the electric power supply model of the pumping unit. RESULTS. The study demonstrates a significant improvement in the accuracy of power consumption modeling when using a modified coefficient reflecting the degree of power change when the frequency of the supply network changes. When using this approach, the standard error is reduced more than twice, from 0.35 to 0.167, the average absolute error is reduced from 0.347 to 0.165, and the average absolute percentage error is reduced from 0.20% to 0.08%. CONCLUSION The conducted research confirms the effectiveness of the use of frequency control of pumping units, which provides a nonlinear change in electrical power, and demonstrates the possibility of more accurate forecasting of electricity consumption, taking into account the specifics of the water supply network. The results of this work can be useful for projects to optimize urban water supply systems, providing more accurate planning and use of resources.