專利名稱：一種復雜并聯梯級泵站系統運行優(yōu)化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種優(yōu)化方法，具體來說涉及一種大型復雜并聯梯級泵站系統運行方案的優(yōu)化方法，屬于工程系統運行優(yōu)化節(jié)能領域。
背景技術：
大型梯級泵站系統由輸變電、泵站(包括主機組、進出水流道、進出水池、輔助設備及照明等)、輸水河道等部分組成。復雜梯級泵站系統運行優(yōu)化計算過程中，要考慮上、下梯級之間的揚程優(yōu)化、并聯泵站之間的流量分配與機組運行優(yōu)化，同時還需考慮泵站在允許揚程、功率范圍內能夠安全運行，輸水河道水位滿足最高、最低水位等要求，才能保證泵站系統在滿足使用要求的前提下運行功率最小?，F有關于泵站運行優(yōu)化的研究通常以主機組作為研究對象，考慮的因素不夠全面；部分研究未考慮河道輸水損失，或者考慮了明渠流的水力損失，但忽略了輸水過程中蒸發(fā)、滲漏等造成的流量損失。另一方面，研究范圍為單座泵站、單線梯級泵站或單級并聯泵站，未對多線梯級泵站系統運行優(yōu)化進行研究。由于梯級泵站裝機臺數與型號多，調水線路長，輸水河道復雜，沿線區(qū)間分水等諸多因素，難以獲得高精度的運行優(yōu)化方法，使得梯級泵站系統運行決策困難，造成能源的大量浪費，降低了經濟效益。由于并聯梯級泵站系統復雜，對于只有一個層次的優(yōu)化模型，變量連續(xù)計算的優(yōu)化方法比較成熟，對于兩層及以上的優(yōu)化模型，連續(xù)量優(yōu)化計算量將成幾何級數倍增加，計算量相當大。

發(fā)明內容
為了獲得多層次優(yōu)化模型的方案，提出一種大型復雜并聯梯級泵站系統運行優(yōu)化方法。本發(fā)明對優(yōu)化模型采用分解-離散方法求解，即根據水位、揚程和流量之間的約束關系，將某些水位值和流量值在變化范圍內按照計算精度要求進行離散，計算不同離散值時的系統運行方案與運行功率。系統運行功率最低的方案即為最優(yōu)運行方案。該方法大大減少了優(yōu)化計算工作量。本發(fā)明的技術方案是，一種復雜并聯梯級泵站系統運行優(yōu)化方法，假設并聯雙線梯級泵站系統共有η梯級泵站，且兩條輸水線路在第k級泵站(k=l，2，…，η)與第k+Ι級泵站之間交匯后又分成兩路向目的地輸水，如圖I。在滿足水位、流量、泵裝置揚程、開機臺數等相關約束條件下，以系統泵站總輸入功率最小為優(yōu)化目標，綜合考慮輸水水力損失、蒸發(fā)損失與滲漏損失，建立相關優(yōu)化模型。采用多層分解-離散方法，即對上兩層待優(yōu)化的參數進行離散，下部兩層采用模擬退火粒子群優(yōu)化算法求解站內優(yōu)化方案，對上兩層進行迭代優(yōu)化計算，最終求解梯級之間的揚程分配和并聯輸水線路流量分配，各泵站抽水流量、開機臺數及機組運行工況。具體步驟如下A.選擇并聯輸水河道(兩條輸水線路)交匯點處的水位為控制節(jié)點，根據水位約束條件，確定控制節(jié)點處的水位變化范圍，并根據計算精度要求，合理選擇水位變化步長Λ ^，離散水位值。
B.給定調水目的地的水位和流量，當控制節(jié)點水位為某一離散值時，分析第η級泵站線路I與線路2的流量范圍，根據線路I第η級泵站的流量、揚程變化(假設流量、揚程變化步長分別為AQ、Ah2)以及水位約束，離散后(η — k)級泵站揚程，確定后(η — k)級線路I優(yōu)化運行方案與功率，根據調水目的地的流量要求，確定線路2第η級泵站的流量，離散后(η — k)級泵站揚程，從而確定后(η — k)級線路2優(yōu)化運行方案與功率。C.根據步驟B遞推得到的線路I和線路2在控制節(jié)點處的流量，確定控制節(jié)點處的總流量，并根據泵站流量、揚程變化以及水位約束，按照步驟B的方法，求解前k級輸水線路1、2的最優(yōu)流量分配、運行優(yōu)化方案與運行功率。D.根據步驟B、C的計算結果，將前k級泵站系統與后(η — k)級泵站系統運行功率相加，求得整個并聯梯級泵站的總運行功率。所述后(n —k)級為n —k級。 E.針對控制節(jié)點不同的水位，重復步驟B、C、D，分別計算整個并聯梯級泵站系統的總運行功率，其值最小者即為整個工程系統的優(yōu)化運行方案。在求解過程中，涉及到泵站站內運行優(yōu)化問題。即已知泵站揚程與抽水流量，同時滿足單機流量約束、泵站抽水流量約束與裝機臺數約束，以泵站運行功率最小為目標，確定站內機組運行優(yōu)化方案(包括開機臺數與運行工況)。本發(fā)明采用模擬退火粒子群算法求解站內優(yōu)化問題。粒子群算法的基本思想源于對鳥群捕食行為的研究。算法將優(yōu)化問題的搜索空間類比于鳥類的飛行空間，每只鳥被抽象為一個無質量無體積的粒子，每個粒子都有一個由優(yōu)化函數決定的適應值來衡量粒子的優(yōu)劣，粒子的速度決定它們的飛行方向和距離，粒子的位置表示優(yōu)化問題的可能解，最優(yōu)解等同于要尋找的食物。粒子的速度和位置在計算過程中不斷迭代更新，并根據自身的飛行經驗和群體的飛行經驗來動態(tài)調整自己的飛行軌跡，向最優(yōu)點靠攏。粒子群算法早期收斂速度快，但是后期受隨機振蕩的影響，在全局最優(yōu)值附近需要較長的搜索時間，收斂速度慢，容易陷于局部極小值。在每個粒子的速度和位置更新過程中引入模擬退火算法，對種群進化后的適應值按Metropolis準則接受優(yōu)化解的同時概率接受惡化解，算法從局部極值區(qū)域中跳出。自適應調整退火溫度，隨著溫度逐漸下降，粒子逐漸形成低能量基態(tài)，收斂至全局最優(yōu)解。本發(fā)明優(yōu)化方法先進，優(yōu)化精度高，可應用于大型并聯梯級泵站的優(yōu)化運行，預計可節(jié)能39Γ8%以上，有利于水利工程的良性發(fā)展，充分發(fā)揮泵站效能，促進和諧社會的建設，具有重大的社會經濟效益。


圖I是本發(fā)明的一種雙線梯級泵站系統調水線路示意圖。圖2是本發(fā)明采用的多層分解-離散優(yōu)化方法處理過程流程圖。圖3是本發(fā)明實施例的一種雙線梯級泵站系統調水線路示意圖。
具體實施例方式采用本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖和案例對本發(fā)明作進一步說明，但本案例不應理解為對本發(fā)明的限制。
某大型調水工程中的復雜并聯梯級泵站系統(如圖3)，包括3個梯級8座泵站(群)，從某水源地取水，抽水進入某湖泊，以系統能耗最小為優(yōu)化目標，應用本發(fā)明提出的方法，確定系統運行優(yōu)化方案。A.數學模型的建立在水源地水位和目的地水位、流量一定的情況下，輸水線路的流量分配比例不同，河道輸水水量損失、水力損失以及泵站系統總輸入功率也不相同，而且三者均取決于泵站系統的運行工況。因此，在滿足約束條件下，以系統總運行功率Nt最小為目標，建立數學模型。目標函數

權利要求
1.一種復雜并聯梯級泵站系統運行優(yōu)化方法，先建立相關優(yōu)化模型，并聯雙線梯級泵站系統有/7梯級泵站，兩條輸水線路在第A級泵站α=1，2，…，η)與第Α+1級泵站之間交匯后又分成兩路向目的地輸水，在滿足水位、流量、泵裝置揚程、開機臺數約束條件下，以系統泵站總輸入功率最小為優(yōu)化目標，綜合考慮輸水水力損失、蒸發(fā)損失與滲漏損失，采用多層分解-離散方法，即對上兩層待優(yōu)化的參數進行離散，下部兩層采用模擬退火粒子群優(yōu)化算法求解站內優(yōu)化方案，對上兩層進行迭代優(yōu)化計算，最終求解梯級之間的揚程分配和并聯輸水線路流量分配，各泵站抽水流量、開機臺數及機組運行工況，其特征是，系統運行優(yōu)化方法步驟如下 Α.選擇并聯兩條輸水線路交匯點處的水位為控制節(jié)點，根據水位約束條件，確定控制節(jié)點處的水位變化范圍，并根據計算精度要求，合理選擇水位變化步長AA1，離散水位值； B.給定調水目的地的水位和流量，當控制節(jié)點水位為某一離散值時，分析第級泵站線路I與線路2的流量范圍，根據線路I第/7級泵站的流量Λ仏揚程變化AA2以及水位約束，離散后級泵站揚程，確定后級線路I優(yōu)化運行方案與功率，根據調水目的地的流量要求，確定線路2第/7級泵站的流量，離散后級泵站揚程，從而確定后級線路2優(yōu)化運行方案與功率； C.根據步驟B遞推得到的線路I和線路2在控制節(jié)點處的流量，確定控制節(jié)點處的總流量，并根據泵站流量、揚程變化以及水位約束，按照步驟B的方法，求解前A級輸水線路I、2的最優(yōu)流量分配、運行優(yōu)化方案與運行功率； D.根據步驟B、C的計算結果，將前A級泵站系統與后級泵站系統運行功率相加，求得整個并聯梯級泵站的總運行功率； Ε.針對控制節(jié)點不同的水位，重復步驟B、C、D，分別計算整個并聯梯級泵站系統的總運行功率，其值最小者即為整個工程系統的優(yōu)化運行方案。
2.根據權利要求I所述的一種復雜并聯梯級泵站系統運行優(yōu)化方法，其特征是，步驟B所述確定后級線路I優(yōu)化運行方案與功率和確定后級線路2優(yōu)化運行方案與功率,是采用模擬退火粒子群算法求解站內優(yōu)化。
3.根據權利要求I和2所述的一種復雜并聯梯級泵站系統運行優(yōu)化方法，其特征是，所述后級為一左級。
全文摘要
一種復雜并聯梯級泵站系統運行優(yōu)化方法，先建立相關優(yōu)化模型，設雙線梯級泵站系統有n梯級泵站，并聯兩條輸水線路在第k級泵站(k=1,2，…，n)與第k+1級泵站之間交匯后又分成兩路向目的地輸水，在滿足水位、流量、泵裝置揚程、開機臺數約束條件下，以系統泵站總輸入功率最小為優(yōu)化目標，采用多層分解-離散方法，即對上兩層待優(yōu)化的參數進行離散，下部兩層采用模擬退火粒子群優(yōu)化算法求解站內優(yōu)化方案，計算整個并聯梯級泵站系統的總運行功率，其值最小者即為整個工程系統的優(yōu)化運行方案。本發(fā)明可應用于大型并聯梯級泵站的優(yōu)化運行，預計可節(jié)能3%~8%以上，充分發(fā)揮泵站效能，促進和諧社會的建設，具有重大的社會經濟效益。
文檔編號G05B13/04GK102902202SQ201210364178
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權日2012年9月25日
發(fā)明者仇寶云, 馮曉莉, 董波, 賀淑全 申請人:揚州大學