基于改进算法的城市燃气输配管网功能分析

传统燃气管网功能分析算法采用恒定不变的节点流量作为约束条件来求解节点流量平衡方程组,针对由此产生的管网中部分节点压力出现"负压"的问题,提出基于节点压力波动的节点三态供气工作模式的改进燃气管网功能分析算法,在功能分析过程中,考虑节点流量与节点压力的关系,注重节点获得的实际流量随节点压力而变化的动态响应过程。采用双气源的中压管网验证了改进算法的合理性和收敛性,结果表明:采用改进算法计算求得的燃气管网中某些节点的压力高于传统算法的计算结果,计算管段流量的迭代次数亦低于传统算法的迭代次数。实例证明了该改进算法优于传统的管网功能分析算法。     

基于改进人工鱼群算法的低压输水管网优化设计

低压管道输水可以减少渗漏和蒸发损失,提高水资源利用率,节约耕地,但管道输水投资较高,如何通过合理设计降低投资已成为低压输水管网可持续发展的重要研究课题。为减少投资总费用、满足灌溉节点流量需求,提出一种改进人工鱼群算法的低压输水管网优化模型。以管网年投资为目标函数,然后引入罚函数将其转化为无约束问题,并对硬聚氯乙烯(unplasticized polyvinyl chloride,简称UPVC)管管道工程造价拟合优化,建立满足节点需水量的数学模型,采用自适应步长和视野范围的改进人工鱼群算法进行求解。实例结果表明,改进人工鱼群算法的年费用为4.68万元,比原投资年费用(6.12万元)减少23.53%,有效优化了管网布置,降低了投资成本。     

天然气管网稳态分析综合方法

采用牛顿-拉夫逊法和拟牛顿法进行天然气管网节点法数学模型的求解,再应用蒙特卡罗方法进行模拟计算,并通过游动次数比较少的蒙特卡罗方法的计算结果分别作为牛顿-拉夫逊法和拟牛顿法节点压力的初始值,高效率地实现了天然气管网稳态分析.指出对于同一算例,用改进的算法比使用单一算法的计算效率有明显的提高.     

树状灌溉管网优化的整数编码改进遗传算法

建立了以投资最小为目标函数的树状灌溉管网优化数学模型,并采用整数编码改进遗传算法对模型进行求解。针对完整树状管网优化的特点,通过对整数编码的编码方式进行改进,实现了同时对管网中管线连接关系和管径的优化。改进了目标函数映射到适应函数的变换方式,设计了随机多父辈交叉方法,提出了2种与优化问题相适应的变异方法,从而提高了算法的优化性能。     

基于混合粒子群算法的供热管网优化设计

供热管网优化设计一直是多年来城市地下管网工程中的研究热点。通过分析供热管网的优化模型,建立关于供热管网的目标函数即供热管网投资费用,根据供热管网的目标函数及约束条件建立适应度函数。利用粒子群优化算法对该非线性模型进行求解,借鉴遗传算法中变异操作的思想,设计基于遗传算法的混合粒子群算法,寻求在水力约束条件下目标函数的最小值。实例结果表明,将粒子群优化算法应用于供热管网优化设计可以取得较好的优化结果,并且充分的体现出粒子群算法的寻优能力。     

Application of Dynamic Programming Method in Optimization of Water Distribution Pipe Network

以某输水管网为例,采用动态规划法对其进行优化。以管网年折算费用最小为目标函数,以节点水压等为约束条件,用枚举法对备选管径进行优选。使目标函数取得最小值的那一组即为最优管径。使用最优管径设计管网比优化前投资成本降低11．49％,优化效益显著。     

注水管网水力仿真软件的开发

基于图论法相关理论,通过研究注水管网水力仿真算法,将图形建模和管网模型节点矩阵紧密结合在一起,实现自动化构建数学表达式功能,减轻处理数据的工作量,提高仿真效率。通过实例分析,与现场数据进行对比,验证了软件的可靠性,同时证明软件操作的实用性,大幅提高了注水管网水力计算的自动化水平。     

管灌区管网用水调控模型研究

【目的】探索管灌区管网用水优化配置方法,有助于减少开关阀门次数、保障管网运行安全。【方法】将管网水动力学模型嵌入到以管网配水时间最小和各节点流量变化最小为目标的管网优化配水模型,通过模型间公共参数的数据交换,构建管网用水配置耦合模型,并采用迭代法对其进行寻优,最终形成管网用水调控模型。【结果】利用该耦合模型可以精准模拟管网各节点的压力流量变化过程,与管灌区目前常用的管网优化配置方法相比,使用耦合模型对管网水资源进行优化配置,在实现管网配水全过程实时监控的同时,使得到的结果更加真实和精细。【结论】该方法的应用实例证明了该模型和算法的有效性;嵌入分布式水动力学模型后,耦合模型无法用传统的规划方法进行求解,迭代求解的迭代格式建立及求解过程比较耗时;该方法为包含分布信息的水资源优化配置问题提供了新的思路。     

基于机会约束规划模型的灌溉管网不确定优化研究

【目的】弥补管网优化设计确定性模型虽然简化了计算,但忽略了一些不确定参数对优化结果影响的不足。【方法】将管段设计流量、节点最小工作水头和管道粗糙系数等参数作为随机变量,分别建立了基于随机模拟技术的重力和泵站加压两种输配水系统的机会约束规划模型;在随机模拟技术基础上,用列队竞争算法对该模型进行求解。【结果】工程实例验证表明,不确定参数对优化结果有显著影响,随着不确定参数变化范围的增加,系统的泵站扬程和投资费用也随之增加。【结论】研究建立的优化方法与工程实际情况更接近,弥补了确定性规划模型的不足。     

输气管网稳态模拟方法研究

介绍了多维牛顿节点法、一维牛顿节点法、多维牛顿环路法、一维牛顿环路法和节点线性逼近法等输气管网稳态模拟计算方法.对传统的管网稳态模拟计算方法提出了改进技术手段,并应用于上述方法,对结果进行了分析比较.研究表明,改进的节点线形逼近法在计算量上与其他方法相当,但是在初值要求、原始数据准备等方面比其他方法简单,在计算效率、收敛性和收敛速度等方面效果更好.     

基于改进蚁群算法的供水管网优化计算

【目的】以供水特点为基础建立相应的数学模型,优化选择供水中的管网路径。【方法】利用改进的蚁群算法,对供水管网进行优化选择,在选择策略上,以初始节点引入的虚拟路径距离为基础,对启发信息进行归一化处理,并利用全局策略进行优选节点的概率选择;在更新策略上,利用信息素的局部和全局更新,并结合蚂蚁数量自适应调整及增加随机干扰进行改进;最后以巴家咀水库为对象,利用基本蚁群算法和改进蚁群算法进行优化计算并比较。【结果】利用改进的蚁群算法进行计算时,所得的平均路径、最短路径、最差路径、平均迭代次数和总成本分别为139.635 5km、138.214 7km、142.301 9km、314次和11.32亿元,而基本蚁群算法分别为145.042 1km、140.582 7km、149.215 5km、638次和11.51亿元,改进蚁群算法各项计算指标均优于基本蚁群算法。【结论】改进的蚁群算法可以提高全局搜索能力和收敛速度,能快速有效地获得供水路径的最优解或近似最优解,可以为管道供水路径的优化选择提供参考。     

成品油输送管网水力模型与仿真

针对成品油管网的工艺特点,以由管道、泵、阀门组成的管网系统为研究目标,运用流体网络基本定律建立数学模型,并运用网络分流算法进行计算,进而获得输送周期内管网系统各分支管道的压力和流量等信息,预测管网在预期工况下的实际操作情况。其主要依据是对于任何集中参数的网络,与任何节点关联的所有分支流量的代数和等于该节点的流量。将管网看作一棵树,将余支作为基准分支,通过树枝加余支的办法形成基本回路矩阵,拟定基准分支和初始流量,由拟定的基准分支,任意选取一独立的回路矩阵,计算Jacobi矩阵与阻力矩阵。基于简单管网算例,验证了上述模型和算法的精度、速度以及稳定性,认为其可以为管道设计和运行管理提供参考依据。     

输气管网稳态运行优化计算方法

应用油气管道输送理论和最优化技术对管网系统的稳态运行进行了分析,建立了基于压缩机站的最小能耗费用数学模型,对管网的拓扑结构进行分解简化后,在动态规划算法的基础上结合网络最小费用流理论对其进行求解。结果表明,该计算方法对树形、环形管网均适用,而且优化效果好于一般的方法。     

分枝定界法与内点法耦合的含环路输气管网运行优化

含环路输气管网的运行方案优化问题的求解难度远大于枝状管网。在已知含环路输气管网拓扑结构、基础参数、天然气输入点和输出点的流量、压缩机组的配置及特性曲线等参数的前提下，以环路上的管段流量、压气站开机台数、压气站出站压力等参数为决策变量，以单位时间内管网运行能耗最低为目标函数，综合考虑管段水力热力特性、管网节点流量平衡及节点压力允许变化范围、压缩机运行特性及允许运行范围等约束条件，建立含环路输气管网稳态运行方案优化的非线性混合整数规划模型，采用分枝定界法与原始对偶内点法耦合的算法求解该模型。以XQDS管网为例应用TGNET软件对管网优化运行方案进行了稳态仿真，验证该模型与算法的有效性。该优化模型与算法适用于任意拓扑结构的输气管网，可为大型复杂输气管网的集中调度提供新的思路。（图5，表7，参20）     

PSOt校核给水管网水力模型

校核给水管网水力模型中漏损系数来提高模型精度。通过模拟给水管网多工况运行,收集足够的校正数据,利用PSOt进行计算。算例分析表明:采用上述方法校核后所得的给水管网节点压力值与实际管网节点压力值较为匹配。     

网前水塔树状管网系统优化设计研究

根据用水流量的变化,在考虑加压泵站分级供水的基础上,针对网前水塔树状管网系统各组成部分的压力和流量关系,以管网系统年费用最小为目标函数,建立了这一类型管网系统优化设计的线性规划模型.应用所建立的优化设计模型,在保证管网系统各节点所需流量和压力条件下,可确定输水管段和配水管段尺寸、水塔高度和泵站扬程的最优值,获得网前水塔树状管网系统的优化设计方案.     

基于扩展数据的给排水管网拓扑关系的构建

本文在分析AutoCAD扩展实体数据结构的基础上,结合给排水管网的管段与节点关联特点,研究提出适用于给排水管网的节点遍历查询技术,把节点信息以稀疏矩阵三元组格式存储在管段扩展数据中,通过派生成邻接矩阵,实现了自动构建给排水管网拓扑关系.     

基于分而治之思想的天然气管网仿真方法北大核心

随着天然气管网规模不断扩大,其拓扑结构越来越复杂,管网瞬态仿真过程所需的计算量及计算耗时都迅速增长。基于分而治之思想提出了一种简单高效的仿真方法:先求解天然气管网中各元件之间的连接点,进而将管网分解成若干条独立的管道,然后逐一求解每一条管道的水力参数和热力参数,连接点和管道的求解分别采用简单高效的共轭梯度和三对角矩阵算法。通过实例对比分而治之方法与SPS软件,结果表明:该方法计算精度与SPS软件相当;仿真速度与SPS软件处于同一量级,且超过SPS软件的1.5倍;对于管网规模的适应性与SPS软件相当,甚至当管网规模较大时,适应性更优。     

气田集输管网优化运行方案

选取管网节点参数、压缩机站流量、进气和排气压力作为优化变量,建立了基于压缩机站能耗之和最小的气田管网优化运行数学模型。由于该优化模型具有目标函数和约束条件非线性、求解域非凸性和优化变量非连续性等特点,利用遗传算法的搜索机制和混沌搜索的遍历性,构造了一种新的演化算法用于该模型的求解。以苏里格气田管网为例,使用该方法求解得到最优的管网节点运行参数、压缩机站运行参数及启用台数,在顺利完成天然气输送任务的同时,降低了压缩机站能耗。     

动态规划法在输水管网优化中的应用

以某输水管网为例,采用动态规划法对其进行优化。以管网年折算费用最小为目标函数,以节点水压等为约束条件,用枚举法对备选管径进行优选,使目标函数取得最小值的那一组为最优管径。