[發明專利]一種城市供水系統供用水平衡的控制方法

有效

• 申請號: 201811267615.5
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109537671B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 陳云;任靜;薛安克;王建中
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: E03B1/00
• 分類號: E03B1/00;G06Q10/06;G06Q50/06;H04L29/08
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發明公開了一種城市供水系統供用水平衡的控制方法。當前技術無法準確獲取供水管網各節點和用戶節點水務狀況的實時數據，供水管網中各節點和用戶水務數據在通過網絡實時傳輸時會造成大量水務數據丟失，導致供用水平衡控制難以有效實施。本發明通過增加一條從各節點和用戶至遠程控制中心的冗余傳輸信道的方法，解決了一條水務數據傳輸信道出現的數據丟失問題，實現對供水管網的水務狀態進行準確估計，提出了基于觀測器的控制策略，利用矩陣奇異值方法，對控制器和觀測器增益進行求解和設計。本發明對供水系統中節點和用戶端的水務數據進行準確估計，并基于觀測器對供用水平衡進行及時可靠的控制，滿足城市供水系統供用水平衡有效控制的實際需求。

技術領域

本發明屬于自動控制技術領域，城市供水系統通過增加一條從用戶端到遠程供水控制中心的傳輸信道，用于傳輸水務數據信息，增強水務狀態監測和控制的成功率，涉及城市供水系統中供水管網節點和用戶端的水務狀態進行估計、并基于觀測器的控制器策略實現智慧城市供水系統供用水平衡的控制方法，減少水資源的浪費，可用于現代城市供水行業。

背景技術

隨著物聯網、大數據、云計算以及移動互聯網等新技術不斷融入傳統行業的各個環節，新興技術和智能工業的不斷融合，現代城市水務系統也大量應用新科技解決城市取水、供水、排水等重大需求，促進城市水務系統實現自動化和智能化。

智慧城市水務控制系統通過水質水壓表、流量計、數據采集儀器這些監測設備實時感知城市供用水系統的運行狀態，利用通信網絡將供水管網節點和用戶端采集的信息傳輸至遠程集中控制和調度中心，結合城市水務管理部門與供用水設施，形成“城市水務物聯網”，將大量水務信息進行及時分析與處理，并制定合理的供水調度和控制方案，遠程做出相應的處理，以更加精細和動態的方式管理水務系統的整個生產、管理和服務流程，從而達到“智慧”供水的狀態，保障供水安全與平穩運行。

智慧城市供水系統通過遠程監測和調控實現城市供用水平衡。智慧城市供水系統應用物聯感知技術接收傳感器采集到的管網節點和用戶端水務狀態信息，利用通信網絡傳輸到集中控制中心，通過遠程控制自來水廠、水泵站、水源井這些供水單元的閥門來控制供水量，保證實時、有效地實現供水量和用水量的平衡，節約水資源。然而，城市化的飛速發展使得現代城市供水管網規模越來越大、結構越來越復雜。由于城市供水管網的復雜性，當前技術不能準確獲取供水管網各個節點和用戶節點水務狀況的實時數據，因而缺乏對供用水平衡進行控制的有效方法，無法對供水滲漏進行準確測量及定位，從而造成水資源的大量浪費。同時，由于供水管網節點布置了大量傳感器，測量所得的水務數據需要通過通信網絡實時傳輸至水務控制中心。但是，傳輸信道的有限帶寬嚴重影響了大量水務數據的實時傳輸效果，導致各節點和用戶的水務數據丟失，難以實時準確地傳輸至控制中心，供水平衡控制難以有效實施。因此，急需一種基于水務數據監測和運行控制的方法，有效解決城市供水系統實現供用水平衡。

發明內容

本發明針對目前我國城市供水系統無法實時實現供用水平衡的狀況，提供一種智慧城市供水系統實現供用水平衡控制的新方法。

本發明將通過增加一條從各節點和用戶至遠程控制中心的冗余通信傳輸信道的方法，解決由于一條水務數據傳輸信道出現的數據丟失問題，采用冗余信道對供水狀態進行準確估計，提出基于觀測器的控制結構，最后利用矩陣奇異值分解方法對控制器和觀測器增益進行求解。利用本發明方法，可以對城市供水系統中節點和用戶端的水務數據進行準確估計，并基于觀測器的控制策略對供用水平衡進行及時可靠的控制，滿足城市供水系統供用水平衡有效控制的實際需求。

本發明方法的具體步驟是：

1.建立城市供水系統的狀態空間模型

首先，基于圣維南(Saint-Venant)方程和實測水務數據，建立下述供水系統模型

x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+Dν(k)