基于叶片可调多机组泵站的多目标优化系统、方法、计算机设备和存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种基于叶片可调多机组泵站的多目标优化系统、方法、计算机设备和存储介质；该系统包括多目标分解模块，用以接收多机组泵站的系统参数并构建一多目标优化模型并分解为单目标优化子模型1和单目标优化子模型2；还包括单目标求解模块，用以求解单目标优化子模型1，输出为泵站运行最小耗电费用、由各机组泵站运行耗电费用及其分别对应的叶片安放角各时段下的优化过程构建的优化方案集；并用以在优化方案集内求解单目标优化子模型2，输出为叶片安放角最短调节历时。该多目标优化系统及方法能够降低泵站运行耗电费用，减小各机组叶片安放角调节累计历时，具有精度可靠、准确度高的优点。准确度高的优点。准确度高的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于叶片可调多机组泵站的多目标优化系统、方法、计算机设备和存储介质


[0001]本专利技术涉及调水工程泵站优化运行管理
，尤其是一种基于叶片可调多机组泵站的多目标优化系统、方法、计算机设备和存储介质。

技术介绍

[0002]当前由于水资源时空分布不均，已制约不少地区的经济社会发展，大型叶片可调供水泵站作为梯级调水系统的重要组成部分，通过完成定期定量调水任务，对缓解受水区水资源时空不均具有重要社会经济和生态效益。由于该类泵站安装机组多、单机流量大、运行时间长，产生的运行能耗巨大，且由于年运行时间长，对机组安全稳定运行提出了较高要求。如何在泵站运行过程中，有效兼顾提水耗电费用的节省，并通过减少优化运行过程中叶片安放角调节历时，同时避免间断性停机带来的启动成本过高问题，有效降低泵站运行管理复杂度，实现泵站的多目标优化运行，是泵站工程管理中较为常见也是十分重要的问题。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：提供一种能够满足泵站运行目标提水总量、电机配套功能、运行期内机组不停机约束下，使泵站运行耗电费用最小且叶片安放角调节历时长最短的基于叶片可调多机组泵站的多目标优化系统、方法、计算机设备和存储介质。
[0004]技术方案：
[0005]一种基于叶片可调多机组泵站的多目标优化系统，包括：多目标分解模块，用以接收多机组泵站的系统参数并构建一多目标优化模型；并用以将所述多目标优化模型分解并构建为单目标优化子模型1和单目标优化子模型2；单目标求解模块，用以对所述单目标优化子模型1进行求解，输出目标为泵站运行最小耗电费用、由各机组泵站运行耗电费用及其分别对应的叶片安放角在各时段下的优化过程构建的优化方案集；并用以对所述单目标优化子模型2进行求解，输出为叶片安放角最短调节历时。
[0006]优选的，单目标求解模块包括：二级求解模块，用以将所述单目标优化子模型1分解为多个二级子模型，并用以各二级子模型的一维动态求解，以及用以构建聚合模型及其一维动态规划求解，输出为各机组泵站运行最小耗电费用、由各机组泵站运行耗电费用及其分别对应的叶片安放角各时段下的优化过程构建的优化方案集；统计模块，用以在所述优化方案集内获取泵站运行最小耗电费用对应的叶片安放角各时段下的最优过程的最小累计变幅，输出为所述单目标优化子模型2的叶片安放角最短调节历时。
[0007]优选的，所述单目标求解模块还包括：偏好排序模块，用以确定输出目标优先级由高到低依次为：泵站运行最小耗电费用及优化方案集、叶片安放角最短调节历时；优先级高的目标函数优先求解，结果作为下层目标的约束，叶片安放角最短调节历时在所述优化方案集内获得。
[0008]一种基于叶片可调多机组泵站的多目标优化方法，包括以下步骤：
[0009](1)通过接收多机组泵站的系统参数，依据系统参数构建多目标优化模型；经对所述多目标优化模型分解以构建单目标优化子模型1和单目标优化子模型2；
[0010](2)对单目标优化子模型1进行求解，输出泵站运行最小耗电费用、由各机组泵站运行耗电费用及其分别对应的叶片安放角各时段下的优化过程构建的优化方案集；
[0011](3)在所述优化方案集内对单目标优化子模型2进行求解，输出叶片安放角最短调节历时。
[0012]优选的，所述多目标分解模块接收的多机组泵站的系统参数包括：一次调水期内泵站的目标提水总量W；一次调水期内划分的时段数N；第i时段长度T
i
，时段编号i，i＝1,2,
…
,N；机组台数M，机组编号j，j＝1,2,
…
,M；第i时段的峰谷电价P
i
；第i时段时均扬程H
i
；各时段叶片安放角θ
k
下的扬程
‑
流量特性曲线 H
k
‑
Q
k
及水泵效率
‑
流量特性曲线η
k
‑
Q
k
，基于多项式拟合方法分别确定各时段叶片安放角θ
k
下的H
k
‑
Q
k
特性方程和η
k
‑
Q
k
特性方程，其中，k为叶片安放角离散编号，k＝1,2,
…
,p，p为叶片安放角可离散数；在第i时段时均扬程H
i
已确定的情况下，各时段叶片安放角θ
k
对应的水泵流量Q
k
(θ
k
)及水泵效率η
k
(θ
k
)；第j台水泵的电动机效率γ
j
；第j台水泵的传动效率σ
j
；叶片安放角的单位角度调节历时u，u为常值；泵站水泵配套电机规格型号设为相同，各电机配套功率N
0,j
。
[0013]优选的，在步骤(1)中，所述多目标分解模块构建的所述多目标优化模型，是以满足一定调水期内目标提水总量、电机配套功率、运行期内机组不停机作为约束条件，以泵站运行最小耗电费用、叶片安放角最短调节历时为多目标；构建所述多目标优化模型的多目标函数为：
[0014][0015][0016]约束条件为：
[0017]目标提水总量约束：
[0018][0019]电机配套功率约束：
[0020]N
i,j
(θ
i,j
)≤N
0,j
；
[0021]运行期内机组不停机约束：
[0022]D
j
＝0；
[0023]所述多目标分解模块构建的所述单目标优化子模型1，是以满足一定调水期内目标提水总量、电机配套功率、运行期内机组不停机作为约束条件；构建单目标优化子模型1的目标函数为：
[0024][0025]设置单目标优化子模型1的约束条件为：
[0026]目标提水总量约束：
[0027][0028]电机配套功率约束：
[0029]N
i,j
(θ
i,j
)≤N
0,j
；
[0030]运行期内机组不停机约束：
[0031]D
j
＝0；
[0032]所述多目标分解模块构建的所述单目标优化子模型2，是以满足一定调水期内目标提水总量、电机配套功率、运行期内机组不停机作为约束条件；构建单目标优化子模型2的目标函数为：
[0033][0034]设置所述单目标优化子模型2的约束条件为：
[0035]D
j
＝0；
[0036]其中，F1为一次调水期内泵站运行最小耗电费用，Z为一次调水期内泵站运行耗电费用；θ
i,j
为第i时段第j台水泵的叶片安放角；Q
i,j
(θ
i,j
)为第i时段第j台水泵流量，在扬程及转速一定时，Q
i,j
(θ
i,j...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于叶片可调多机组泵站的多目标优化系统，其特征在于，包括：多目标分解模块，用以接收多机组泵站的系统参数并构建一多目标优化模型；并用以将所述多目标优化模型分解并构建为单目标优化子模型1和单目标优化子模型2；单目标求解模块，用以对所述单目标优化子模型1进行求解，输出目标为泵站运行最小耗电费用、由各机组泵站运行耗电费用及其分别对应的叶片安放角在各时段下的优化过程构建的优化方案集；并用以对所述单目标优化子模型2进行求解，输出目标为叶片安放角最短调节历时。2.根据权利要求1所述的多目标优化系统，其特征在于，所述单目标求解模块包括：二级求解模块，用以将所述单目标优化子模型1分解为多个二级子模型，并用以各二级子模型的一维动态求解，以及用以构建聚合模型及其一维动态规划求解，输出目标为各机组泵站运行最小耗电费用、由各机组泵站运行耗电费用及其分别对应的叶片安放角各时段下的优化过程构建的优化方案集；统计模块，用以在所述优化方案集内获取泵站运行最小耗电费用对应的叶片安放角各时段下的最优过程的最小累计变幅，输出目标为所述单目标优化子模型2的叶片安放角最短调节历时。3.根据权利要求2所述的多目标优化系统，其特征在于，所述单目标求解模块还包括：偏好排序模块，用以确定输出目标优先级由高到低依次为：泵站运行最小耗电费用及优化方案集、叶片安放角最短调节历时；并用以对优先级高的目标函数优先求解，以及用以将求解结果作为下层目标的约束，用以在所述优化方案集内获得叶片安放角最短调节历时。4.一种基于叶片可调多机组泵站的多目标优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过接收多机组泵站的系统参数，依据系统参数构建多目标优化模型；经对所述多目标优化模型分解以构建单目标优化子模型1和单目标优化子模型2；(2)对单目标优化子模型1进行求解，输出泵站运行最小耗电费用、由各机组泵站运行耗电费用及其分别对应的叶片安放角各时段下的优化过程构建的优化方案集；(3)在所述优化方案集内对单目标优化子模型2进行求解，输出叶片安放角最短调节历时。5.根据权利要求4所述的多目标优化方法，其特征在于，所述多目标分解模块接收的多机组泵站的系统参数包括：一次调水期内泵站的目标提水总量W；一次调水期内划分的时段数N；第i时段长度T
i
，时段编号i，i＝1,2,
…
,N；机组台数M，机组编号j，j＝1,2,
…
,M；第i时段的峰谷电价P
i
；第i时段时均扬程H
i
；各时段叶片安放角θ
k
下的扬程
‑
流量特性曲线H
k
‑
Q
k
及水泵效率
‑
流量特性曲线η
k
‑
Q
k
，基于多项式拟合方法分别确定各时段叶片安放角θ
k
下的H
k
‑
Q
k
特性方程和η
k
‑
Q
k
特性方程，其中，k为叶片安放角离散编号，k＝1,2,
…
,p，p为叶片安放角可离散数；在第i时段时均扬程H
i
已确定的情况下，各时段叶片安放角θ
k
对应的水泵流量Q
k
(θ
k
)及水泵效率η
k
(θ
k
)；第j台水泵的电动机效率γ
j
；第j台水泵的传动效率σ
j
；叶片安放角的单位角度调节历时u，u为常值；泵站水泵配套电机规格型号设为相同，各电机配套功率N
0,j
。6.根据权利要求5所述的多目标优化方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述多目标分解模块构建的所述多目标优化模型，是以满足一定调水期内目标提水总
量、电机配套功率、运行期内机组不停机作为约束条件，以泵站运行最小耗电费用、叶片安放角最短调节历时为多目标；构建所述多目标优化模型的多目标函数为：放角最短调节历时为多目标；构建所述多目标优化模型的...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚懿，李冰如，程吉林，朱博文，汪靓，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：