[发明专利]服务于供水管网节点需水量反演的管网监测点优化布置方法

说明书

本发明公开了一种服务于供水管网节点需水量反演的监测点优化布置方法。在改进传统的压力灵敏度矩阵、融合最新的节点需水量反演算法后，建立了服务于节点需水量反演的监测点布置方法。主要步骤如下：(1)选择一个基准工况进行管网平差，得到节点压力与管段流量，获取压力灵敏度矩阵，创建压力影响系数矩阵；(2)以既有监测点的监测值，反演节点需水量，平差获取节点压力与管段流量，创建误差矩阵；(3)将压力影响系数矩阵与压力误差矩阵相乘，将乘积最大元素对应的节点设置为新的压力监测点，将流量误差矩阵最大元素对应的管段设置为新的流量监测点；(4)当监测点数目达到上限时终止迭代，否则返回步骤(2)继续计算，增加监测点。

技术领域

本发明属于城市供水管网类，具体是一种供水管网监测点优化布置方法类。

背景技术

供水管网监测点布置是指在供水管网中安装一定数量的压力、流量传感器，用于管网模型率定，运行工况检测、压力管理，为管网调度分析提供数据支持。

目前关于供水管网监测点优化布置主要包括模糊聚类和灵敏度分析两类。并没有适用于节点需水量反演的监测点优化布置方法。节点需水量反演算法是一种以SCADA监测数据为基础反演节点需水量的方法，其反演的精确程度取决SCADA系统提供的监测数据。节点需水量反演对于解决超大规模管网模型的节点流量校验，管网快速建模，管网在线运行调控具有重要意义。由于节点需水量反演依赖于监测点提供的监测信息，科学合理的监测点布置对于提高反演精度至关重要。

鉴于此，本发明针对节点需水量反演的需要，提出一种服务于节点需水量反演的监测点优化布置方法。

发明内容

本发明旨在提出一种适用于提高城市管网节点需水量反演精度的管网监测点优化布置方法。为实现以上目的，本发明采取以下步骤：

1.选择一个基准工况，计算各节点压力与管段流量，在基准工况下获取压力灵敏度矩阵，计算影响系数，创建影响系数矩阵；

(1)压力灵敏度矩阵

使管网i节点需水量发生微小改变，重新计算管网压力，将节点j压力变化值△H_j与节点i压力变化值△H_i求比值，获得压力灵敏度矩阵X：

其中，H_i、H_j为基准工况下i、j节点水压；H_i′、H_j′为i节点流量改变后i、j节点水压；n为管网节点数目。在压力灵敏度矩阵X中，X_ij表示在节点i出增加需水量，节点j处的压力变化值与节点i处压力变化值之比。

(2)计算压力影响系数矩阵

对压力灵敏度矩阵X的第i行求和，表示i节点单位压力变化会导致整个管网所有节点的压力变化总和，形成节点压力影响系数矩阵S^H：

式中，n为管网节点数。

2.以既有监测点的监测值作为初始监测数据，反演出节点需水量，带入模型平差，获取反演的节点压力与管段流量。对比基准工况下的节点压力与管段流量，创建误差矩阵；

将水厂出水量和既有的监测点作为初始监测数据，反演出所有节点的需水量。并将反演节点需水量带入EPANET进行平差，计算反演的节点压力H'_k和管段流量Q'_k。反演的压力与流量和基准工况下的节点压力与流量进行对比，计算出各节点压力与各管段流量的误差，创建误差矩阵。