基于正交试验-动态规划组合算法的一组考虑开停机损耗的泵站控制方法技术

本发明专利技术公开了优化调度技术领域一种基于正交试验

【技术实现步骤摘要】
基于正交试验
‑
动态规划组合算法的一组考虑开停机损耗的泵站控制方法


[0001]本专利技术涉及优化调度
，特别涉及一种泵站控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着大量跨流(区)域调水工程的运行，调水工程中泵站优化运行的研究已成为国内外的热点问题。国内外对泵站(群)优化运行的研究表明：(1)在模型构建方面，主要是以泵站运行费用最低为目标，此过程中没有考虑开关机损耗，但频繁开关机带来的经济损耗是不能被忽略的；因此，在泵站优化模型中耦合考虑开关机损耗就具有重要的意义(即：叶片全调节模型、变频变速调节模型和叶片全调节
‑
变频变速调节模型)。(2)考虑开关机损耗的泵站优化模型更加复杂，具有高维度、高度离散、多重变量等特征，采用主流算法都存在“精度低”、“计算量大”和“效率低”的问题；因此，很有必要提出一种适用该模型特征的通用算法。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种基于正交试验
‑
动态规划组合算法的一组考虑开停机损耗的泵站控制方法，在考本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于正交试验
‑
动态规划组合算法的一组考虑开停机损耗的泵站控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)建立模型：建立以开机运行总耗电费用最少min F为目标函数，各时段开关机变量k
i
、叶片安放角θ
i
、水泵转速n
i
中的两个或三个为决策变量，同时需满足规定时段内的提水总量约束和电动机额定功率约束；步骤2)求解模型：采用基于正交试验
‑
动态规划组合算法对上述模型进行优化求解，得到理论最优值并输出结果信息，包括，时均扬程H
i
、不同时段的开关机状态k
i
、不同时段的叶片安放角θ
i
、水泵转速n
i
、时段流量Q
i
、装置效率η
i
、时段提水量；步骤3)控制泵站：根据上述各参数对泵站进行控制。2.根据权利要求1所述的基于正交试验
‑
动态规划组合算法的一组考虑开停机损耗的泵站控制方法，其特征在于，步骤1)建立模型具体包括：建立模型一，以开机运行总耗电费用最少min F为目标函数，各时段开关机变量k
i
和叶片安放角θ
i
为决策变量，同时需满足规定时段内的提水总量约束和电动机额定功率约束；具体优化模型如下：目标函数：约束1提水总量约束：约束2额定功率约束：N
i
(θ
i
)≤N0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中：F为单机组1日运行的能耗费用；i为机组运行的第i时段；ρ为水密度；g为重力加速度；H
i
为第i时段的平均扬程；Q
i
(θ
i
)为在第i时段的水泵流量，当日均扬程H
i
一定时，其为叶片安放角θ
i
的函数；ΔT
i
为第i时段的时间长度(h)；P
i
为第i时段的电价；c为惩罚单价；W
i
(k
i
,θ
i
)为单机组i时段提水量；W
e
为单机组日提水总量(万m3)；η
zi
(θ
i
)指水泵装置效率；η
mot
、η
int
、η
f
分别指电动机效率、传动效率和变频效率；η
zi
(θ
i
)与第i时段流量、扬程有关；在负荷大于60％时，可以认为电动机效率(η
mot
)基本不变，大型电机的η
mot
值在94％左右；直连机组的传动效率η
int
为100％；大功率PWM高压变频器的变频效率η
f
在96％左右；N
i
(θ
i
)为第i时段对应叶片安放角θ
i
的实际功率，其应小于等于电动机额定功率N0；步骤2)中求解模型一具体为：Step1：选择开机状态k
i
，根据其可行域范围，确定其离散水平，将其离散为t个点，构建拉丁方正交表L
p
(t
q
)；其中，t为对应决策变量在其对应可行域内离散的水平个数，其应为素数或素数幂；q为该正交表最多可以安排变量的维数，即q≥n
‑
1；n为决策变量的个数；p为按照L
p
(t
q
)型正交表，在全部组合t
q
中，抽样选取的试验样本个数；p、t、q之间需满足以下关系。p＝t
v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
p≥(n
‑
1)(t
‑
1)+1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)式中，V为任意整数；Step2：通过正交表进行确定性抽样，并将获得的每一种组合代入模型中，获得一个决策变量θ
i
的动态规划模型，并进一步通过一维动态规划求解，具体计算过程如下：
①
对于一台叶片全调节或转速可调机组，根据时段i关系，将模型分解为具有SN阶段的一维动态规划模型问题，该模型以各时段叶片角θ
i
决策变量，以泵站能耗最小为目标函数，满足式2
‑
3的约束条件。
②
阶段1：i＝1λ1可按工程运行要求进行离散，其顺序递推方程为：任意阶段：i≤SN式中，k
i
已知；θ
i
可在其可行域范围内离散；
③
依次对以上各阶段进行求解可得：最优θ
i
值；将正交抽样所得的每一组k
i
值带入模型并求解θ
i
，可得p组优化方案及其目标值；Step3：正交分析，对方案进行正交分析：计算各决策变量离散水平与对应目标均值的数值关系，筛选出所求目标值的决策变量最好水平，确定理论最优值并输出结果信息，包括，时均扬程H
i
、不同时段的开关机状态k
i
、不同时段的叶片安放角θ
i
、时段流量Q
i
、装置效率η
i
、时段提水量和运行总耗电费用min F。3.根据权利要求1所述的基于正交试验
‑
动态规划组合算法的一组考虑开停机损耗的泵站控制方法，其特征在于，步骤1)建立模型具体包括：建立模型二，以开机运行总耗电费用最少min F为目标函数，各时段开关机变量k
i
和水泵转速n
i
为决策变量，同时需满足规定时段内的提水总量约束和电动机额定功率约束；具体优化模型如下：目标函数：约束3提水总量约束：约束4额定功率约束：N
i
(n
i
)≤N0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)式中：F为单机组1日运行的能耗费用；i为机组运行的第i时段；ρ为水密度；g为重力加
速度；H
i
为第i时段的平均扬程；Q
i
(n
i
)为在第i时段的水泵流量，当日均扬程H
i
一定时，其为叶片安放角θ
i
和水泵转速n
i
的函数；ΔT
i
为第i时段的时间长度；P
i
为第i时段的电价；c为惩罚单价；W
i
(k
i
,n
i
)为单机组i时段提水量；W
e
为单机组日提水总量；η
zi
(n
i
)指水泵装置效率；η
mot
、η
int
、η
f
分别指电动机效率、传动效率和变频效率；η
zi
(n
i
)与第i时段流量、扬程有关；在负荷大于60％时，可以认为电动机效率(η
mot
)基本不变，大型电机的η
mot
值在94％左右；直连机组的传动效率(η
int
)为100％；大功率PWM高压变频器的变频效率(η
f
)在96％左右；N
i
(n
i
)为第i时段对应水泵转速n
i
的实际功率，其应小于等于电动机额定功率N0；步骤2)中求解模型二具体为：Step1：选择开机状态k
i
，根据其可行域范围，确定其离散水平，将其离散为t个点，构建拉丁方正交表L
p
(t
q
)；其中，t为对应决策变量在其对应可行域内离散的水平个数，其应为素数或素数幂；q为该正交表最多可以安排变量的维数，即q≥n
‑
1；n为决策变量的个数；p为按照L
p
(t
q
)型正交表，在全部组合t
q
中，抽样选取的试验样本个数；p、t、q之间需满足以下关系；p＝t
v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)p≥(n
‑
1)(t
‑
1)+1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)式中，V为任意整数；Step2：通过正交表进行确定性抽样，并将获得的每一种组合代入模型中，获得只含有一个决策变量n
i
的动态规划模型，并进一步通过一维动态规划求解，具体计算过程如下：
①
对于一台叶片全调节或转速可调机组，根据时段i关系，将模型分解为具有SN阶段的一维动态规划模型问题，该模型以各时段水泵转速n
i
为决策变量，以泵站能耗最小为目标函数，满足式10
‑
11的约束条件。
②
阶段1：i＝1λ1可按工程运行要求进行离散，其顺序递推方程为：任意阶段：i≤SN式中，k
i
已知；n
i
可在其可行域范围内离散；
③
依次对以上各阶段进行求解可得：最优n
i
值；将正交抽样所得的每一组k
i
值带入模型并求解n
i
，可得...

【专利技术属性】
技术研发人员：程吉林，程浩淼，王梦磊，龚懿，汪靓，陈兴，仇锦先，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：