高原山地长距离梯级泵站输送系统动态优化调度建模方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高原山地长距离梯级泵站输送系统动态优化调度建模方法，主要步骤包括：S1：梯级泵站运行的状态矩阵构建；S2：泵站动态优化调度模型建立；S3：基于自适应动态规划方法求解；通过构建梯级泵站调度的状态矩阵，得到更适用于实际情况的基础数据模型，并引入自适应动态规划法实现模型求解，合理分配开机台数、过流量、变频系数、扬程、压力、转速等参数，得到电耗最少的优化运行方案，并保证高压隔膜泵始终处于最优工况区域运行。压隔膜泵始终处于最优工况区域运行。压隔膜泵始终处于最优工况区域运行。

【技术实现步骤摘要】
高原山地长距离梯级泵站输送系统动态优化调度建模方法


[0001]本专利技术属于泵站调度建模
，具体涉及高原山地长距离梯级泵站输送系统动态优化调度建模方法。

技术介绍

[0002]我国人均水资源的占有量非常小，而且时空分配也严重不均衡，缺水严重制约了我国工农业的健康发展，为适应我国经济的快速发展以及科技的不断进步，我国在长距离梯级泵站工程的建设和运行管理方面的投入也越来越多，这些泵站在我国国民经济的建设和人民生活的各个方面都发挥着重要的作用，而通过对梯级泵站的进行优化设计，寻求安全性高，投资小，能耗低的供水方案能给我国带来巨大的经济效益；
[0003]泵站的优化调度不仅要根据不同的任务建立不同的优化模型，还要根据目标问题和要求选择合适的求解方法以缩短优化时间。如果采用合适的优化调度方法，将是实现降低成本、提高效益的一条重要途径。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高原山地长距离梯级泵站输送系统动态优化调度建模方法，通过构建梯级泵站调度的状态矩阵，得到更适用于实际情况的基础数据模型，并引入自适应动态规划法实现模型求解，合理分配开机台数、过流量、变频系数、扬程、压力、转速等参数，得到电耗最少的优化运行方案，并保证高压隔膜泵始终处于最优工况区域运行。
[0005]为了达到上述技术目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种高原山地长距离梯级泵站输送系统动态优化调度建模方法，包括以下步骤：
[0006]S1：梯级泵站运行的状态矩阵构建；
[0007]S2：泵站动态优化调度模型建立，采用分解协调法拆分梯级泵站优化调度，分别根据各级泵站分配流量、各泵分配流量2个决策变量分解为3个子系统；主要包括单泵对应分配流量下电耗优化模型、单级泵站对应分配流量下电耗优化模型、梯级泵站多目标优化调度模型；
[0008]S3：基于自适应动态规划方法求解；
[0009]将自适应动态规划方法引入到梯级泵站多目标优化调度模型求解中，将每一时刻的管网实时容量作为系统状态量，将每一时刻的管网泵组参数调节变化量作为系统控制量，将运行成本和调度周期内机组启动次数作为双约束效用函数，根据Bellman最优性原理建立 Bellman差分方程，然后根据迭代自适应动态规划推导，求出最优控制量在定性分析收敛性的同时定量分析收敛速度，实现最优问题的快速求解；
[0010]优选的，所述梯级泵站运行的状态矩阵构建具体方法为：基于梯级泵站运行下的状态矩阵，构建泵站优化调度目标函数并进行求解，进一步分析梯级泵站的运行机理，进而得到泵组最优输出；
[0011]梯级泵站运行状态可以表示为一个N*N(N＝5)的状态矩阵：
[0012][0013]其中0代表清水状态，1代表有浆体状态；
[0014]优选的，所述单泵对应分配流量下电耗优化模型，以高压隔膜泵系统为求解所有泵组的能耗模型，目标函数为：
[0015][0016]约束条件为：
[0017][0018]q
min
＜q
k
＜q
max
[0019]H
f
(Q)≤H(q
k
)≤1.2H
f
(Q)
[0020]H(q1)＝H(q2)＝L＝H(q
n
)
[0021]X
k
＝0或1,k＝1,2
…
,n
[0022]式中，N
k
为单泵的能耗，单位为Kw；q
i
为单泵的过流量，单位 m3/s；q
min
为单泵最小过流量，单位m3/s；q
max
为单泵最大过流量，单位m3/s；n为该泵站所有泵数量；H(q
i
)为单泵扬程，单位m；H
f
(Q) 为泵站过流量Q
a
时对应的需要扬程，单位m；
[0023]优选的，所述单级泵站对应分配流量下电耗优化模型，单级泵站总能耗为高压隔膜泵各子系统能耗之和，目标函数为：
[0024][0025]约束条件为：
[0026]式中，DN为该级泵站最优总能耗，单位Kw；F1为单泵系统电耗，单位Kw；Q
j
单泵系统流量，单位m3/s；Q为泵站总过流量；单位m3/s；
[0027]优选的，所述梯级泵站多目标优化调度模型构建方法包括以下步骤：
[0028]S2.1：以单级泵站能耗优化为基础，通过分配各级泵站流量，研究总系统能耗最低情况；
[0029]目标函数为：
[0030][0031]约束条件为：
[0032]H
timin
≤Z
i+1
‑
Z
i
≤H
timax
[0033]0≤Q≤Q
max
[0034]式中，Z
i
、Z
i+1
为该级泵站进口和出口浆体量，TN为梯级泵站的最优总能耗，单位
Kw；Q
max
为机组最大过流量，单位m3/s；H
timin
、H
timax
分别为该级泵站最大矿浆液位差和最小矿浆液位差，单位m；
[0035]S2.2：以一个调度时间段内运行费用作为探究目标函数：
[0036][0037]式中，p为一个调度运行时间段内整个泵站系统运行的电费；γ表示浆体的重度；H
st
(i,j)为第i个泵站第j个时段的净扬程；q(i,j)表示第i个泵站在第j个时段内的站流量，并假设该站运行的机组在同样时间段内具有一致的流量；T(i,j)代表i个泵站在第j个时段内的工作的时长；D(i,j)表示第i个泵站第j个时段下的当地电价；η(i,j)表示第i个泵站在第j个时间段内泵站的工作效率；
[0038]S2.3：调度周期内机组启动次数最少计算目标函数：
[0039][0040]式中，e表示一个调度时间段内整个系统所有机组启动次数之和； L(i,j)表示第i个泵站在第j个时段内比j
‑
1个时间段内新增的启动机组的台数；
[0041]优选的，所述S3中梯级泵站多目标优化调度模型系统的成本函数或性能指标定义为：
[0042][0043]式中，xi∈T是梯级泵站运行状态(泵启动段、清水段、水浆切换段、浆体运输段及开始停泵段等5个状态矩阵)；ui∈R(出入口流量、压力、流量波动系数、差压波动系数及流量与泵变频器频率比特征量等5个综合性能指标特征参数集向量)；r(xi,ui)为效用函数，表示应用当下控制向量ui后，系统做出的奖励或惩罚；0<γ≤1是折扣因子。
[0044]本专利技术的有益效果：
[0045]通过分析梯级泵站运行的状态矩阵，构建泵站机组动态调度的多目标函数，建立梯级泵站优化调度模型，并提出自适应动态规划理论的求解方法，实现高压隔膜泵组系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高原山地长距离梯级泵站输送系统动态优化调度建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：梯级泵站运行的状态矩阵构建；S2：泵站动态优化调度模型建立，采用分解协调法拆分梯级泵站优化调度，分别根据各级泵站分配流量、各泵分配流量2个决策变量分解为3个子系统；主要包括单泵对应分配流量下电耗优化模型、单级泵站对应分配流量下电耗优化模型、梯级泵站多目标优化调度模型；S3：基于自适应动态规划方法求解；将自适应动态规划方法引入到梯级泵站多目标优化调度模型求解中，将每一时刻的管网实时容量作为系统状态量，将每一时刻的管网泵组参数调节变化量作为系统控制量，将运行成本和调度周期内机组启动次数作为双约束效用函数，根据Bellman最优性原理建立Bellman差分方程，然后根据迭代自适应动态规划推导，求出最优控制量在定性分析收敛性的同时定量分析收敛速度，实现最优问题的快速求解。2.根据权利要求1所述一种高原山地长距离梯级泵站输送系统动态优化调度建模方法，其特征在于，所述梯级泵站运行的状态矩阵构建具体方法为：基于梯级泵站运行下的状态矩阵，构建泵站优化调度目标函数并进行求解，进一步分析梯级泵站的运行机理，进而得到泵组最优输出；梯级泵站运行状态可以表示为一个N*N(N＝5)的状态矩阵：其中0代表清水状态，1代表有浆体状态。3.根据权利要求1所述一种高原山地长距离梯级泵站输送系统动态优化调度建模方法，其特征在于，所述单泵对应分配流量下电耗优化模型，以高压隔膜泵系统为求解所有泵组的能耗模型，目标函数为：约束条件为：q
min
＜q
k
＜q
max
H
f
(Q)≤H(q
k
)≤1.2H
f
(Q)H(q1)＝H(q2)＝L＝H(q
n
)X
k
＝0或1,k＝1,2
…
,n式中，N
k
为单泵的能耗，单位为Kw；q
i
为单泵的过流量，单位m3/s；q
min
为单泵最小过流量，单位m3/s；q
max
为单泵最大过流量，单位m3/s；n为该泵站所有泵数量；H(q
i
)为单泵扬程，
单位m；H
f
(Q)为泵站过流量Q
a
时对应的需要扬程，单位m。4.根据权利要求1所述一种高原山地长距离梯级泵站输送系统动态优化调度建模方法，其特征在于，所述单级泵站对应分...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建德，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：