[发明专利]一种供水管网实时调度系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于城市供水领域，具体是一种供水管网实时调度系统及方法。

背景技术

随着我国城市化及工业化的快速发展，城市供水管网系统的规模逐渐庞大，拓扑结构趋向复杂。由此，当前调度员依据个人经验的指挥调度方法，越来越不能满足实时调度的要求。

目前，国内关于供水管网实时调度问题解决方案的探索大多是基于宏观水力模型展开的。由于宏观水力模型是以数据驱动的，以此为基础的调度方案必定存在缺陷，例如无法得到非测点的运行状态，遇到改扩建、检修等引起管网拓扑结构改变的情况时，原调度方法会因模型失准而失效。

随着国内供水管网基础自动化、信息系统的逐步建立与完善，使得借助微观机理模型的调度方法成为可能。为此，国内也有专家学者出于实时性考虑，提出了在线构架系统以及基于在线构架的供水实时调度方法(ZL201510078366.5)。该发明专利是直接利用实时水量数据开展供水调度，虽在一定程度上可以提高响应速度，但由于缺乏供水管网实时模型的支撑，无法全面了解供水管网的实时状态，必然会影响调度决策效果。

有鉴于此，本发明在供水管网全面数字化背景下，提出了一种基于实时水力模型的供水管网实时调度系统及方法。

发明内容

本发明提出了一种基于实时水力模型的供水管网实时调度系统及方法，旨在通过供水管网实时状态的跟踪分析，得到更准确、高效的调度方案，具体系统框架如图1所示。

本发明的一部分在于：从实时调度问题的系统层面出发，提出一种基于实时水力模型的供水管网实时调度系统，具体包含实时数据获取、实时数据处理、实时调度决策三个模块。其中，实时数据获取模块主要是利用管网信息系统获取实时数据，为系统提供数据支持。实时数据处理模块包含实时模型的建立、分钟级需水量预测、管网状态的动态评估三部分，主要是利用实时的流量、压力数据进行机理建模，同时预测下一调度周期的需水量，并评估管网当前状态。实时调度决策模块则是在上述工作基础上确定调度指令。

本发明的另一部分在于：提出了一种更具时效性、全面性的供水管网调度方法；供水管网动态调度决策的获取并非片面的从预测的需水量出发，而是综合考虑了管网实时状态。具体是：利用实时水量数据，预测分钟级需水量，再利用实时模型模拟，预先评估管网运行状态,然后通过优化搜索确定下一时段调度决策。

本发明方法采取以下步骤：

1 建立供水区域的实时水力模型

结合实时水力模型框架(如EPANET-RTX)进行实时建模，利用实测数据更新模型的状态和边界参数，反复校验修正以得到准确的实时水力模型。如供水区域的管网升级改造，可通过更新水力模型以确保其符合实际。

2 预测分钟级需水量

结合天气、节假日等干扰因素，从趋势性角度出发，利用ARIMA模型对下一调度时刻的需水量进行预测。

非平稳序列ARIMA(p,d,q)通过d次差分转化，得到平稳的ARMA(p,q)序列z_t。又由于y₁，y₂…y_d与d阶单整序列y_t相互独立，所以对z_t的预测不受y₁，y₂…y_d的影响，故有：

若已知y_t及其以前时段的值，则由上式可得ARIMA(p,d,q)序列{y_t}的预测模型为：

一旦求出将其带入上式，即可求出y_t+h的预测值。

其中p为自回归项，q为移动平均项数，d为差分阶数，y₁，y₂…y_d为初始值。实际调度对需水量的预测误差须<5％。

3评估管网状态

(1)参数选择

<1>水压

围绕最低服务水头H_min、最高服务水头H_max、平均服务水头H_ave、历史数据水头标准差h_s角度出发，对节点压力定级评估。

<2>流速

以经济流速V_d为基础，对流速评估。

<3>水压波动

用下式无量纲化水压波动数据：