[发明专利]一种梯级泵站输水系统日优化调控方法

摘要

本发明涉及一种梯级泵站输水系统日优化调控方法，包括：建立水力学仿真模型和计算水头损失；对各泵站内机组流量进行优化分配；对梯级泵站的各泵站扬程进行优化分配；对一天内的各时段调水流量进行优化分配。本发明多约束、多目标的梯级泵站输水系统优化调控问题为研究对象，对调蓄池、渠道和梯级泵站进行综合考虑，合成水力学仿真模型和大系统分解-协调法，建立此类调水工程日优化调控模式，为实际调控提供科学依据和技术支撑。与现有技术相比，本发明包含调蓄池蓄量约束、渠段水头损失和梯级泵站总扬程等约束，使工程调控约束条件更符合此类调水工程输水系统，并以弃水和梯级泵站总电费之和最小为目标函数，使输水系统经济效益最大化。

主权项

一种梯级泵站输水系统日优化调度方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：建立水力学仿真模型和计算水头损失的步骤：构建一维非恒定流水力学仿真模型，采用Preissmann四点时空偏心格式对方程组进行离散，用双扫描法求解，得到各渠段的水头损失；对各泵站内机组流量进行优化分配的步骤：本步骤包含m个泵站的优化，单个泵站的机组流量优化分配方法如下：①阶段变量：阶段变量采用序列数字i＝1，2，……，n来表示；②状态变量：选取第i阶段至最末阶段n的累计流量作为状态变量：$S_i={\mathrm{\Σ}}_{j=i}^n{q}_j$式中，j为1～n中的一个泵站机组；③决策变量：采用每台机组的流量q_i作为决策变量；④状态转移方程：表示单个泵站中第i+1阶段的状态变量S_i+1与第i阶段的状态变量S_i和决策变量q_i之间的关系：S_i+1＝S_i‑q_i式中，S₁＝Q_k，S_n+1＝0；Q_k为调水量；⑤目标函数：对于单个泵站，只考虑机组的电费，其目标函数的表达式为：$\min F=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{{\mathrm{\ρgq}}_i{H}_i}{{\mathrm{\η}}_{sti}}\×\mathrm{\Δ}t\×c$ρ为水的密度，q_i为第i台机组的出水量，H_i为第i台机组的扬程，η_sti为第i台机组的效率，c为电价，minF为在Δt时间范围内的最小费用函数，Δt为一个时间段，g为重力加速度；⑥约束条件：总流量约束：$Q_k={\mathrm{\Σ}}_1^n{q}_i$机组过流能力约束：q_imin≤q_i≤q_imax式中，Q_k为调水总流量，q_imin和q_imax为第i台机组的最小和最大抽水流量；⑦求解方法：用逆序解法解此问题：F_n+1(S_n+1)＝0$F_i^{*}\left(S_i\right)=min\{L_i(S_i,q_i)+F_{i\mathrm{+1}}^{*}\left(S_{i+1}\right)\}$式中，L_i(S_i，q_i)为某阶段的费用函数，为某阶段的最小费用函数。根据上述递推方程式，按逆序逐阶段递推；对梯级泵站的各泵站扬程进行优化分配的步骤：对梯级泵站的各泵站扬程进行优化分配：①阶段变量：阶段变量采用序列数字j＝1，2，……，m来表示，用泵站编号作为阶段变量，m为投入运行的泵站数；②状态变量：选取第j阶段至最末阶段m的累计扬程作为状态变量：$S_j={\mathrm{\Σ}}_{x=j}^m{H}_x$式中，x为m～j中的变化量；③决策变量：采用每台机组的流量H_j作为决策变量；④状态转移方程：表示梯级泵站中第j+1阶段的状态变量S_j+1与第j阶段的状态变量S_j和决策变量H_j之间的关系：S_j+1＝S_j‑H_j式中，S₁＝H^*，S_m+1＝0；H^*表示梯级泵站总扬程；⑤目标函数：对于梯级泵站，考虑各泵站各机组的电费，其目标函数的表达式为：$\min F=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{{\mathrm{\ρgq}}_{i,j}{H}_j}{{\mathrm{\η}}_{st}(i,j)}\×\mathrm{\Δ}t\×c$式中，q_i,j是第j个泵站内第i个机组的出水量，η_st(i,j)是第j个泵站内第i个机组的效率；⑥约束条件：单个泵站的扬程之和等于总扬程：${\mathrm{\Σ}}_1^m{H}_j=H^{*}=Z_m-Z_0+{\mathrm{\Σ}}_{1,2}^{m-1,m}{h}_{j,j+1}$式中，Z_m为最后一级泵站站后水位，Z₀为第一级泵站站前水位，h_j,j+1为第j级泵站和第j+1泵站之间渠段的水头损失；⑦求解方法：用逆序解法解此问题：F_m+1(S_m+1)＝0$F_j^{*}\left(S_j\right)=min\{L_j(S_j,q_j)+F_{j+1}^{*}\left(S_{j+1}\right)\}$式中，L_j(S_j,q_j)为某阶段的费用函数，为某阶段的最小费用函数；对一天内的各时段调水流量进行优化分配的步骤：针对不给定日调水总量或给定调水总量，对一天内的各时段调水流量进行优化分配。