泵站运行的优化调度

王 年 月 水 利 学 报 、 第 么期 泵站运行的优化调度 马文正 丘传 ‘ 沂 贺贵明 武汉水利电力学院水利系 提 要 一 泵站担负着工农业和生活供水的重要任务 , 运行中需大量消耗能量 , 提高泵站效率 , 降低能 耗 , 对国民经济有重大意 义 本文从提高水泵 、 动力机 、 供电系统和管理机构的综合效率出发 , 针对多泵多站运行系统 , 在其工作条件变更的情况下及时做出运行决策 , 即决定 末来一定 时间内 各泵站的最优开机台数及各类水泵不 同时间的最优叶片开后度 , 以达到运行费用最小的目的 沦 文包括泵站运行系统数学模型 、 最优决策技术和应用实例 ‘ 一 、 运行调度的目的及意义 我国地域辽阔 , 自然条件复杂 , 水资源在时间和空间的分布上与工农业生产和生活 的需求存在很多矛盾 , 泵站在水资源调配及工农业供水等方面起着十分重要的作用 随 着国民经济的发展 , 泵站的数量越来越多 , 规模也越来越大 , 如南水北调东线 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 中 , 就规划有 级泵站 泵站在为国民经济服务的同时 , 也 消耗着大量能量 , 降低泵站的能量消耗是提高泵 站效益的主要措施 进行泵站规刘设计时 , 常常根据历史资料对泵站预计使用期的运行 情况作出周密预测 , 优化选择泵站的各项设备 , 期望泵站建成后在高 效 益 的 状况下工 作 但是 , 规划设计时并不能预测运行期中泵站工作条件的实际时序状态 , 这就要求对 已经建成的泵站进行实时调度 , 或称运行调度 , 根据泵站实际工作条件的改变随时调整 泵站运行方式 , 使泵站在高效益的状态下工作 在大型泵站中 , 泵站的效益和能量消耗 不仅与水泵的效率有关 , 还与电动机 、 变电站的效率有关 , 泵站运行调度不是追求某一 种设备的运行状态最好 , 而是以整体配合的运行状态最优作为 目标 , 因此 , 一个大型泵 站需要根据 目前以及预报期的工作环境条件确定当前泵站的工作方式 , 包括确定不同型 号水泵的开启台数 、 水泵叶片的开启角度 、 变电站的工作方式等等 二 、 泵站运行的经济性 泵站在某种工作条件下运行时 , 除了满足服务对象对水量的要求外 , 还应选择最适 合的运行方式 , 一般情况下是指最经济的运行方式 工作条件主要是指在未来一定时段 内水泵的进水位和出水位状态 , 服务对象的要求则反映在一定时段内所需的提水量 运 行方式的经济特性可以用全泵站的效率 , 表示 刀 刀, · 刃‘ · 刀。 · 勺。 · 刀‘ , 本文于 年 月 日收到 式中 , 刀、 、 刀‘ 分别是泵站 、 水泵和动力机的效率 、 、 刀。 分别是传动设备和变电设 备的效率 刀 , 是管道和进出口 的输水效率 泵站运行状况下能够 调度控制的主要是 刀, 、 刀‘和刀‘ 通常情况下 , 当要求的提水量不超过泵站提水能力时 , 应该选择单位提水量成本最 低的工作方式 一定时间 公的运行成本应包括能源消耗费 、 折旧维修费及 行 政 管 理扩 等 , 可用下式表示 一 。器兰 , 式中 , —泵站运行费 元 —电能单价 元 · 下一一水的容 重 ’ — 一 时间内的平均流量 丫 , —泵站净扬程 —运行时间一一除能耗以外的运行费 元 单位水量的运行费为 · · 幻 , 用 元 ’ 表示如下 一 · · , 刃十 · 由式 可知 , 降低运行成本的主要措施是选择最小的 挤刀值 在扬程 , 变动 的情况下 , 既不能单纯追求在 ,最小的时间工作 , 也不能单纯使泵站的总效率 刀最大 , 因为 刀除受设备性能影响外 , 还受 ,的影响 , 即刀也是 , 的函数 对于只限定一定时间 如 内的抽水总量 , 抽水时间内流量可 以变动的抽水站 , 既要考虑在低扬程时多抽 水 , 高扬程时少抽水 , 同时要使设备尽可能高效率工作 , 即使 刀值尽可能提高 在某些特殊情况下 , 例如排除灾难性特大涝水时 , 为了最大限度地减少灾害损失 , 要求泵站以最大流量抽水 , 这时抽水成本可能较高 , 但从整体社会效益来看是好的 , 因 此不能只以泵站的运行效益作为衡量 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 , 必须服从整个社会的效益标准 三 、 泵站性能及其数学模型 为了确定泵站的最优运行方式 , 必须研究泵站各项设备的工作特性 , 从而根据工作 条件 , 按各设备的性能找 出各种设备运行方式的最优组合 一 水泵性能 水泵特性常用一组特性 曲线或参数表示 , 如水泵流量和水泵扬程的关系 一 、 水泵 流量和效率的关系 一叭 , 如图 所示 为了便于使用计算机 , 可以用表格形式输人 , 采 用直线内插或其它非线性内插的方法 , 由一个参数找出另一个参数 如果程序反复多次 使用前述 曲线关系 , 会大量增加计算机的机时 为了简化程序 , 加快计算机运算速度 , 述两种简单的曲线关系可以采用 ”次多项式的拟合方法表示 , 例如将上述的 一叭关系 叶片角度一定 表示为 刀 一 。 十 ⋯ , ” 实际计算表 明 , ” 一 一 己足够精确 , 其精度超过插值方法 对于水泵 工 作 范围 大 , 非单 曲性质的曲线 , 可 以用两段或多段拟合的办法表示 在前期做好这些资料分析 工作 , 简化计算机程序是合算的 , 特别对于实时调度 , 节省时间及早决策尤为重要 水泵工作点的确定需要水泵装置的特性 曲线 , 即水泵装置所需的扬程 与流量 的 关系 扛 , · 盆 , 弓 式中 , , —意义同前 —进出水流道的阻力参数 , ‘ 四四四曰曰园园「万万口口 俪俪俪 一 习习习 曰曰曰 口口口日日砚砚派派冈冈号号因因 一一满满满满满猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫猫口口口口 一 刃刃户户冈冈及及交交交交交交 沪 ,气气气气气气气产产产产产产产产产芍 入一 巨巨巨巨巨 闪闪凡凡闻闻反二二二 盯之“ ·· 黔黔黔又洲洲洲洲洲洲阅阅困困目目曰曰西西西西 障障障障障障障障障障障障障障障障障障障障障障障障障障障障障障障障障障障 一一一一一一又又又又口口日日网网以以汽 。一一 网网网网网网网网国国图图闪闪图图闪闪民民民 困困困困困困困困强强〔贾贾丁甲甲日日图图日日日嵘嵘嵘嵘嵘嵘嵘嵘嵘匕 ,, 丫 图图图图图图图图图 习习冈冈八八曰曰吓。一 厂厂厂厂厂厂厂厂厂 盖 、、口口口口口 口口口口 曰曰曰曰曰曰 八己塑之 流量 。刀 、 图 水泵特性 曲线 图 电动机效率及功率因数曲线 对于具体的水泵装置 , 已知 , 是 的函数 , 可 以用下式表示 厂 的关系 , 一 · ’ 了 根据水泵特性 曲线提供的资料 , 用纵减法可以得到 厂 的关系 , 同样利用拟合的 方法可 以表示上述关系的反函数关系 沪 , 全调节大型水泵 , 式 和式 对于每一种叶片安置角都应做出拟合分析 二 电动机效率 如图 所示 , 电动机效率曲线在一定范围内是简单曲线 , 采用与上述相同的拟合方 法 , 可以将 曲线上的点据转化为如下关系 刀‘ 了召, , 式中刀二为电动机的负荷系数 三 变压器能 消耗 变压器能量消耗主要包括铁损及铜损 , 即 石二 , 十 ‘ 。 。 , 俨 , 式中 , 一变压器能耗 , 一变压器铁损 , 即空载损耗 。 , —变压器满载下的铜损 , 即短路损耗 乙 尹一一变压器输出侧的功率 因 数 , 可根 据电动机的负荷系数与 尹的关系求得 见图 、 四 、 泵站运行调度的技术途径 一 泵站工作条件的分析及预报 泵站的主要工作条件之一是泵站的进水水位和 出水水位 大型泵站的提水水源一般 为江河 、 湖海或水库 从江河抽水的泵站 , 除了知道当前的水位 以外 , 需要通过预报了 解未来一定时间内的水位变化情势 近海河段主要通过潮汐预报预测未来前池的水位变 化过程 其它河段主要通过与上游水文站的关系预报进水水位过程 从湖泊和水库抽水 的泵站则要通过湖泊 、 水库的人流和 出流预报推算进水水位变化过程 泵站 出流水位与 容纳出流的水体状况有关 , 如果是通过输水河渠将水流送出 , 应建立 出水量与水位的关 系 , 作为基本资料在实时调度中使用 如果承纳水泵出流的是大江大河或水库湖泊 , 与 进水水位预报的情况类似 , 应由江河或湖 泊的水位预报来推算出流水位 泵站工作的另一项主要条件是要求的抽水流量 , 或未来一定时间内的抽水总量 抽 水量的要求只要不超过泵站的抽水能力 , 必须在规定时间内完成 抽水量应根据农业用 户灌溉 、 排水要求以及工业和生活用水要求分析确定 二 泵站系统优化调度的动态规划方法 以下针对一个大型泵站系统的运行进行优化调度研究 设泵站系统具有不同型号的水泵若干台 , 每台水泵均有调节叶片角度的装置 在一 个泵站内安装同类型的水泵装置 , 不同类型的水泵装置共组成若干个泵站 , 这些泵站从 同一水源抽水 , 抽人同一出水池 , 并且共同完成一项抽水任务 优化调度的任务是在已 知泵站系统未来一定时间的进 、 出水位变化过程和该时间内要求提供的总水量或平均流 量的要求下 , 确定各泵站的开机台数以及未来时间内不同时段各水泵的叶片开度 对于 动态规划来说 , 这是一个多维问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 , 下面将采用双层动态规划的解法 , 即大系统动态规 划法确定调度的优化决策 〔 ’ 」 上层 动 态规划 用以确定总抽水量 , 在 个泵站之间的优化分配 , 将 个泵站看 作动态规划的 个阶段 , 并规定阶段初的状态编号与阶段编号相同 , 可建 立 如 下 数学 模型 系统方程 用以表示待分配抽水量之间的状态转移关系 , 即 。 、 二 一 二 , 式中 , 。 —饥泵站未分配抽水任务前待分配的水量 。 , 一饥泵站分担抽水任务 以 后 , 需要由饥一 , 饥一 , ⋯, 泵站分配的抽水量 , 即饥阶段以后的待分配水量 — 泵站分配的抽水量已知初始状态为总的抽水量 , 即 , 一 , , 终了状态 , 、 , 一 目标函数 以运行期各泵站总的成本最低为 目标 , 表示如下 万 。 二 , , 式中 , 一一泵站系统总运行成本 几 —饥泵站 阶段 成本约束条件 优化过程中需满足以下两种约束 状态约束 为了避免优化过程中对无效状态进行可行性检验 , 对状态的可行 域应先行确定 在给定条件下 , 可计算各泵站 仇一 , , 二 所有水泵均启动并 以最大叶片开度工作时 , 在规定时间内的抽水量 , , ⋯ , , 即最 大 可 能 抽水 量 在图 上 , 从阶段 初始抽水总量 开始 , 画 , , ⋯ , , 的负累积线 再 从阶段 末水量为零开始 , 反向画 , 一 , , ⋯ , 的正累积线 , 则 在 、 和 水 量为 , 及水量为零的两条水平线之间所规定的范围 , 即为可行状态域 线 表 示 各 泵 站 以最大流量工作的顺序状态线 , 线表示最大流量的逆序状态线 , 两水平线则表示顺 序和逆序不开机状态线 优化过程中可以只对各阶段始末的可行状态进行研究 决策约束 各泵站承担的抽水任务必须分别小于或等于 可 能 的 最大抽水量 , , 大于或等于允许最小抽水量 。 , 或为零 , 即 。 。成 二或 二 二 一般 二是指仍站一台泵在最小叶片开度下研究期内的抽水量 二为 站所有水泵 均 以最大叶片开度工作时研究期内总抽水量 下层动 态规划 用以对泵站在既定抽水量的情况下 , 确定最优开机台数和未来各 血泉粕 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 互蛋 一 ’ 患 奢 一一 一一 一 人一 仪泵站泵站泵站主 图 待分配水量 可行状态 时段 图 单泵抽水量可行状态 时段水泵的叶片开 启角度 上层动态规划 目的在于确定各泵 站最优提水量 二和相应成 本了。 饥二 , , 对于饥站来说有如下关系 、,卜 价 二 。 · 。 了二 二 , 。 二 。 · 式 中 , 。 —饥站开机台数 。 —饥站一台机的提水量 二 —饥站一 台 机 的 运行成本 下层动态规划要对 。和 。做 出优化选择 , 通过对 二 的优化为上层决策 提 供信 息 下层动态规划的数学模型可作如下表示 系统方程 表示一个泵在各时段抽水量分配中的水量状态转移关系 , 即 , 十 , 二 饥 。一 饥 。 式中 , 饥 。 、 , 机 。 —叨泵站在儿时段末和 时段初的待分配水量 。 一 泵 站在 时段的抽水量 一 , , ⋯ , 为研究时间被划分的段数 目标函数 在决策 叨 。 一 , , ⋯ , 时应达到水泵在各时段 的 运 行成本 之和最小 , 即 栩二 艺 犷饥 。 饥 , , 饥 。 式中 , 犷饥 。表示 站一台泵在儿时段的运行成本 饥 。取决于该时段水泵叶片的开启角度 刀。 式 亦可写作 饥 艺 饥 , 饥。 , 月。 ’ 约束条件 决策约束 水泵运行时 , 各时段的叶片开启 角 度月。 , , ⋯ , 符合最大允许开启角度刀, 和最小允许开启角度刀。 , 。的限制 , 即 刀二 镇月。 月。 。二 状态约束 研究的运行期 如 或 前确定的开机台数在 运 行 期内不予 改变 , 只能在下一个运行期开启或停止一些水泵的运行 , 以避免频繁启闭操作 , 即运行 水泵符合式 的约束 决策各时段最优开启角时 , 可采用如图 所示作法 , 确定可行状态域 从第一时段 初始要求水泵的抽水量 饥处开始 , 绘制水泵 以最大叶片角运行的抽水量 负 累 积线八 和 以最小叶片角运行的抽水量负累积线 从末时段之末的零水量开始逆时序绘制上述 两线的平行线 , 即正累积线 和 同时满足大于或等于 和 及小于或等于 和 形 成的集合 , 即为待完成抽水量状态的可行域 当未来预报期各时段进 、 出水位 已知时 , 对既定叶片开度水泵的抽水流量是容易求得的 , 可利用水泵特性和流道特性参数查算 , 即使用式 的拟合多项式求出 三 实时调度程序 实时调度的 目的在于根据预报 , 利用编好的程序及时做出预报期内泵站系统的运行 决策 按照上述动态规划的两层数学模型 , 利用递推原理 可以找出最优决策系列 逆序 递推的上层递推方程为 盆 了。 。 , 二 誉 二 , 式 中 , 态— 。状态的最小成本 了。 — 阶段 站 的 成 本 票 —饥 , 仇 , 各阶段 站 成本之和的最小值 下层递推方程为 饥誉 。 饥 。 仇。 , 月。 曹 , 饥 。 十 , 式中 , 饥曹— 时段初状态 。的最小成本 饥。 — 时段单机 运 行 成 本 叨曹 、 —双 时段 以后各余留时段成本之和的最小值 根据前述泵站运行系统的数学模型及递推原理 , 可以建立实时调度的计算机程序 五 、 江都泵站系统实时调度 江都排灌站包括 座大型抽水站 〔 ” , 共装机 台 , 总装机容 量 。。 其中 , 一站和二站各为 , 共同使用一个变电站 三 站 装 机 义 , 变电站 四站装机 , 变电站 调度程序将一 、 二站 作为 一个站 , 三 、 四站各作为一个站 , 形成三站系统调度 三种型号的水泵性能在进行拟合 分析后将参数编人程序 , 其中一 、 二站固定一种叶片角 , 三 、 四站均按 种叶片角度的 特性 曲线进行分析 三种电动机性能的拟合参数编人程序 , 三个变电站的能耗参数也输 入程序 运行管理费用参数分析 , 系根据建站实际投资和运行资料进行计算 , 并直接写 人成本计算部分 综合考虑上述各点 , 最后形成 了应用程序 在使用程序时 , 将上级主管 部门规定的抽水任务 即平均抽水流量或抽水总量 以及预报期的前池水位变化过程和 出水水位输人计算机后 , 经过实时优化调度计算 , 程序可立即输出未来运行期内各站的 最优开机台数 以及各站水泵在不同时段的最优叶片开后角度 , 按此运行决策操作 , 可使 运行费用达到最低 江都泵站抽取长江水进行灌溉和航运补水时 , 进水水位 由长江三江 营的潮位预报推得 由于泵站水泵安装高程的限制 , 进水水位不 得 超过 , 由东西 两闸 以调节控制 , 这一限制己反映在程序之中 下面给出一次实际调度操作的例子 已知未来 的进水水位过程列于表 出水水位为 上级规定未来 内的 平均抽水流量为 ’ 计算机输出的最优运行决策如表 表 中 各 符 号 的 意义 为 表示运行期平均流量 ’ 表示预计运行成本 ‘元 表 示一 、 二站开机台数之和 、 分别表示三站和四站开机台数 表 示 时 段 、 分别表示三站和四站的最优叶片开启度 本例是一次超设计 流 量 ’ 的 实时运行调度 在实例工况下通过优化调度 , 全泵站的实际抽水能力超过设计工况 在 超量用水情况下尚有三站的四台机组作事故备用 , 必要时尚可调整加大三站水泵的叶片 一 里里竺些 口 口 口 一 一 军过二扛斗洲二丰生 水位 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 表 一 门 二 一 。 一 二 一 一 丁 二 一 。 一 。 二 一 。 一 一 一 一 一 。 。 。 。 八八八 角增加出水量 开机台数和叶片开度是根据综合效率最高的原则优化得出的结果 , 但是 叶片开度主要受水泵效率的影响 由表 可见三站水泵叶片开度较小 , 这主要是因为实 例进出口水位条件下取小的叶片开度水泵效率高 , 同样水位条件四站水泵取较大的叶片 开度时水泵效率高 , 由两站水泵特性 曲线上可 以得到证明 实例中时段长 度 采 用 , 实际操作时可以采用 或 叶片的开度也可根据水泵的实际结构采用离 散的整数 参 考 文 献 〕 刘肇伟 、 郭元裕主编 , 灌排 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 系统分析 水利电力出版社 , 年 〔 〕 江苏省江都水利工程管理处主编 , 江都排灌站 水利电力出版社 , 年 “ ” 称 ‘ “ 玫 月 月 ‘ 摊 , , , , 于 比 忱 , 幸