基于分时电价的梯级泵站输水系统日优化运行

为了提高梯级泵站输水系统日运行效益,通过分析梯级泵站输水系统,提出了梯级泵站输水系统整体运行效率的定义及表达式,分析了梯级泵站输水系统日运行费用的影响因素及优化机制.在此基础上,以日运行费用最小为目标,考虑分时电价,日输水总量,泵站进、出水池水位等约束条件,以时段流量分配、级间水位等因素为决策变量,建立了梯级泵站输水系统日运行费用优化模型、梯级泵站输水系统运行效率优化模型和单级泵站运行效率优化模型,采用基于区间离散的动态规划法进行求解,进而确定梯级泵站输水系统日优化运行方案,包括各时段内梯级间水力(水位、流量)方案和各泵站内运行方案.将该优化方法应用于南水北调东线韩庄运河段梯级泵站工程,结果表明节约费用效果较为显著.     

管渠结合的梯级泵站扬程优化分配研究

密云水库调蓄工程是保证北京市区供水安全的一项关键工程，极大程度地缓解了北京市水资源供需紧平衡状态。为实现工程的经济运行，以密云水库调蓄工程后三级泵站（郭家坞、雁栖、溪翁庄）为研究对象，基于水力学模型建立梯级泵站扬程优化分配模型，采用IAPSO优化算法对模型进行求解。结果表明：对于管渠结合的梯级泵站输水系统，在不同输水流量下，梯级泵站的扬程优化方案较实际运行方案相比效率可提高5.2%；梯级间水力损失和泵站转速会对优化结果有较大的影响。该研究可为梯级泵站经济运行提供行之有效的运行方案，保证梯级泵站输水系统的安全经济运行。     

水面蒸发对南水北调江苏段调水效率的影响

为了掌握南水北调东线江苏境内工程输水河道和调蓄湖库水面蒸发损失水量,及其所造成的泵站机组损失功率,了解水面蒸发对工程调水效率的影响,分析比较了适用于工程所在地区的水面蒸发量计算模型和计算公式,计算了工程沿线输水河道和调蓄湖库的水面蒸发量,分析了工程水面蒸发量的时间和空间分布特征.通过积分,计算了水面蒸发造成的各梯级泵站的流量损失和输入功率损失,求解并分析了水面蒸发对整个江苏段工程调水效率的影响.结果表明：工程沿线水面年蒸发量自南向北、西北方向逐渐递增;蒸发量夏季最高,冬季最低;全线平均水面年蒸发量为862.2 mm.洪泽湖、骆马湖、白马湖和输水河道蒸发损失水量分别占总蒸发损失水量的77.7%,13.3%,3.6%和5.4%,蒸发损失水量约占源头泵站抽水量的17.46%,使工程平均调水效率降低10.33%.调水工程可以考虑采用管道输水,从而避免蒸发损失.     

水面蒸发对南水北调江苏段调水效率的影响

为了掌握南水北调东线江苏境内工程输水河道和调蓄湖库水面蒸发损失水量,及其所造成的泵站机组损失功率,了解水面蒸发对工程调水效率的影响,分析比较了适用于工程所在地区的水面蒸发量计算模型和计算公式,计算了工程沿线输水河道和调蓄湖库的水面蒸发量,分析了工程水面蒸发量的时间和空间分布特征.通过积分,计算了水面蒸发造成的各梯级泵站的流量损失和输入功率损失,求解并分析了水面蒸发对整个江苏段工程调水效率的影响.结果表明：工程沿线水面年蒸发量自南向北、西北方向逐渐递增;蒸发量夏季最高,冬季最低;全线平均水面年蒸发量为862.2 mm.洪泽湖、骆马湖、白马湖和输水河道蒸发损失水量分别占总蒸发损失水量的77.7%,13.3%,3.6%和5.4%,蒸发损失水量约占源头泵站抽水量的17.46%,使工程平均调水效率降低10.33%.调水工程可以考虑采用管道输水,从而避免蒸发损失.     

泵站-水库原水调水系统经济运行方式优化

为提高泵站-水库原水调水系统中泵站的运行效益,最大限度降低输水系统的运行成本.通过分析该类输水系统特性以及供水方式,基于遗传算法构建泵站机组流量分配模型,优化分配泵站运行流量.在此基础上,考虑泵站时间维度上的运行方式,结合亳州加压泵站的工程状况和区域分时电价,以单位提水费用最小为优化目标,构建经济运行模型.将该方法应用于亳州供水工程,结果表明模型效果显著,并对历史运行区间内周期输水量进行离散计算,拟合得出周期内单位提水费用最低工况,进而对拟合结果进行分析.结果表明：所构建经济运行模型具有较好的适用性,可降低工程运行费用,为工程优化调度提供指导;受到泵站运行效率和分时电价的影响,泵站单位提水费用随调水量增加先降低后升高.     

大型水利工程梯级泵站短期优化调度方案

针对泵站高能耗难题,采用粒子群优化算法对南水北调东线徐洪河段的短期经济性调度方案进行研究.基于水量平衡方法,耦合流量、水位、蓄量及水力损失函数关系式,动态模拟渠道水情变化过程.将泵站扬程动态调整过程中产生的电费纳入考虑范围,以调度期内梯级输水系统产生的总电费和调控后水位与目标偏差最小为优化目标,其中目标水位为适应短期内调节的梯级扬程优化分配结果.基于实际运行数据对模型结果进行分析和验证,结果表明：渠道水情模拟方法的模拟精度较高,水位模拟值与实测值平均误差在10 cm左右;梯级短期优化调度模型引入目标水位增强了优化效果,进一步减少4.7元/万m³用电费用,优化方案的单位运行成本相比实际调度可有效降低6.7%.     

基于密云调蓄工程梯级泵站的抽水装置性能分析

根据模型试验结果,对模型试验数据进行拟合和换算,得到水泵原型装置的性能参数;再考虑水泵运行的传动效率和电机效率,得到原型抽水装置特性曲线;最后经插值计算,得到离散的水泵特性参数。分析泵站在不同机组投入运行条件下的可工作区间,结合工程设计参数,得到在实际调度过程中可能运行的所有工况;将此工况区间进行离散,得出各个工况点下梯级泵站系统的高效运行方案。以密云调蓄工程梯级泵站中屯佃泵站、西台上泵站为例进行了计算,分析对比轴流泵和混流泵在本工程运行中的效率情况,其结果作为泵站优化调度的基础数据,为梯级泵站调水工程的初期安全、高效运行提供技术支撑。     

基于分解协调法的梯级泵站优化模型局部敏感性分析

为了提高梯级泵站的运行效率,对其进行优化调度研究十分必要。以济南市玉符河卧虎山水库梯级泵站为例,基于分解协调法建立了能耗优化模型和日运行电费优化模型,利用修正的Morris筛选法对模型进行了局部敏感性分析。结果表明:对于能耗优化模型,能耗和单位流量(扬程)能耗随着瞬时流量、后池水位的增加和前池水位的降低而增加,参数的敏感性排序为瞬时流量、前池水位、后池水位;对于日运行电费模型,参数的敏感性排序为日调水量、高峰时段最小流量、低谷时段最大流量。在不超过机组承受能力和满足各种运行条件的情况下,高峰时段最小流量越小和低谷时段最大流量越大,日运行电费相对来说越小。研究为梯级泵站的优化调度提供了一定的参考和指导意义。     

大水位变幅下库区取水泵站水泵机组变频调速研究

【目的】解决库区取水泵站在上游水库大水位变幅下与下级泵站之间流量不匹配的问题,【方法】基于水泵变频调速原理和某梯级提水设计系统模型,采用定性相似分析,定量计算的方法研究分析了取水泵站在水库不同水位下,水泵工况、变频运行范围及运行工况参数,针对取水泵站在大水位变幅下与下级泵站间的流量匹配计算提出了建议。【结果】在上游水库不同库水位下,采用变频运行方式进行泵站供水量和下级泵站需求流量之间的匹配调节完全可行;定性相似分析计算法也为流量匹配结果提供了验证。【结论】水泵变频技术和定性相似分析计算法可用于库区取水泵站的水泵机组在大水位变幅下变频运行时额定工况点的确定。     

曹庄泵站水泵机组节能措施研究

曹庄泵站是天津市滨海新区供水工程的首级加压泵站,也是南水北调中线天津干线工程与滨海新区供水工程的节点工程。泵站为大(Ⅰ)型Ⅰ等工程,泵站供水系统的主要特点为:输水距离长,泵站输水流量变化幅度大,几何扬程小,水泵扬程主要取决于管线的输水水力损失,扬程随流量变化大,节能问题突出。通过曹庄泵站的工程实例,针对分期实施的长管道、高摩阻泵站供水系统在扬程变幅较大实现供水流量匹配的情况下,通过调速运行特性的分析对初、远期机组合理配置和经济运行方案进行了深入的对比研究,可以从中找出长距离输水管道泵站水泵机组的节能相关经验,为拟建的相似工程提供借鉴。     

大型梯级提水灌溉泵站水泵变频分析研究

以某扬黄工程梯级提水系统设计为模型,研究分析了在一级泵站取水系统已定,其余各级提水泵站级间泵站水泵和工作参数不同的情况下,以一级下游第一座泵站(二泵站)为例,对水泵特性曲线做定性相似分析,定量计算,根据首级泵站的提水灌溉流量需求,利用比例定律推算出水泵变频后的特性曲线,并对二泵站水泵工频和变频两种运行模式进行对比分析,确定二泵站水泵在各种灌溉提水流量下水泵运行工况点,合理确定水泵变频范围。该研究为大型梯级提水工程的水泵机组额定工况点的确定以及上下游泵站间的流量匹配提供了经验与参考。     

高扬程梯级泵站设计若干问题的探讨

结合工程实际,针对高扬程梯级泵站泵型选择、扬程匹配、流量平衡、调节机组的设置及水锤防护等普遍存在的问题进行了专题研究,分析了可能出现的问题,经过论证提出切实可行的工程措施,充分利用水泵扬程与流量的调节性能和进出水池有限的调节容量,达到各站流量扬程平衡的目的,以保证工程安全稳定的运行。     

考虑渠道水力损失的梯级泵站日优化调度研究

优化调度是实现梯级泵站系统节能降耗最有效的非工程措施之一,系统中的各类损失是影响优化调度结果的重要因素。相较于传统的仅考虑泵站抽水装置的损失,将渠道水力损失纳入优化调度的考量范围,以梯级泵站系统日运行费用最小为目标函数,构建考虑渠道水力损失的梯级泵站日优化调度模型,采用动态规划算法对模型进行求解。利用该模型对南水北调来水调入密云水库调蓄工程前6级泵站进行优化调度。结果表明:渠道水力损失对扬程优化分配的结果改变显著,所构建的模型能有效降低运行费用。     

梯级泵站水道系统过渡过程计算分析

为了分析梯级泵站水道系统过渡过程，通过对比明渠非恒定流基本方程和管道瞬变流方程，建立了管、渠非恒定流联合计算的数学模型，并探讨了求解该方程组的特征线格式。在考虑输水系统中泵站事故停泵水锤的基础上，结合东深供水工程实例进行了计算分析，得出了各泵站的流量变化过程以及各出水道不同位置的水位变化过程、不同时刻的水面线。     

计入水量损失和水头损失的渠系输水效率研究

在灌溉排水领域中,对于输水渠道,目前仅有考核输水过程中水量损失的渠系水利用系数指标,而无考核输水过程中的水头损失的指标.本研究首次提出了渠系水头效率指标;建立了既包括水量损失又包括水头损失的渠系输水效率指标;给出渠系水头效率和渠系输水效率的计算方法.成果对于研究并提高渠系输水效率、降低输水成本有重要意义.     

东深供水改造工程太园泵站设计中几个问题的研究

太园泵站是东深供水改造工程的水源泵站，由于泵站流量和扬程变幅较大，为提高泵组运行效率，节省运行费用，在设计中对水泵和主电动机的参数选择进行了充分的比较论证。同时，由于该站是梯级调水泵站的首级泵站，还须对泵站运行调度的可行性进行研究，以保证多级泵站运行时的流量平衡。另外，还对虹吸式出水流道的起动特性进行了研究，提出了有利于泵站运行管理的结论和建议。运行实践表明，太团泵站设计参数的选择是正确的，为东深供水改造工程的优化调度和经济运行奠定了基础。     

基于DP-分解协调法的梯级泵站优化调度及控制

为了降低含变频泵的梯级泵站日运行费用、减少优化算法运行时间和便于管理。将含变频泵的梯级泵站优化调度这一复杂得多目标决策问题,拆分为能耗优化和电费降低2个问题,对于能耗优化问题运用分解协调法将梯级泵站模型以扬程为关联量分解为单级泵站子系统模型和单级泵站交互子系统模型,将单级泵站子系统以流量为关联量分解为工频泵和变频泵子系统模型,对各子系统模型采用隐枚举法、动态规划法进行求解。对于电费降低问题,将不进行任何优化、只进行能耗优化和同时进行能耗优化加日流量分配3种情况进行类比,对日流量分配模型也采用动态规划求解。结果表明:动态规划(DP)-分解协调法能够优化含变频泵的梯级泵站,梯级泵站能耗和日运行费用都得到了明显降低;DP-分解协调法与单独采用动态规划法解决含变频泵的梯级泵站优化调度相比,算法运行时间步长得到较大缩减;以DP-分解协调法设计并研发了智能优化调度系统,实现实时控制一体化和便捷管理。     

双吸离心泵叶轮交替加载技术在固海泵站增流改造中的应用

为破解宁夏中部干旱带缺水难题,宁夏水利厅提出了固海扬水工程泵站"6+1"增流改造,即增加渠首泵站流量3.8 m~3/s。为了解决后续梯级泵站增流的问题,采用双吸离心泵叶轮交替加载技术对后续泵站叶轮进行改进设计,并针对固海扬水工程长山头和大柳木泵站两个型号共4台机组进行叶轮的试验改造和运行。结果表明,长山头泵站和大柳木泵站双吸离心泵叶轮应用交替加载技术改进设计后,机组流量均满足泵站增流设计的流量要求,水泵效率分别提高了13.6%和5.4%,泵站装置效率分别提高了9.2%和2.4%;现场的试验水泵和电机均运行正常,而且振动及噪音均小于未更换增流改造叶轮的水泵机组,水泵运行平稳,叶轮进口无明显汽蚀。研究成果为解决固海扬水工程增流改造提供了低成本的解决方案,也为其他泵站的改造提供了参考。     

泵站从长距离明流隧洞引水的水力过渡过程

泵站从长距离明流隧洞或明渠的中部引水是一种常见的工程布置形式，水力过渡过程计算通常涉及无压、有压输水系统耦合。以典型泵站工程为例，提出了无压、有压输水系统耦合的求解算法，给出了泵站事故断电、正常启动、停机的控制策略和水力特性。无压、有压输水系统可分别采用长、短时间步，假定一个长时间步内的连接处水位恒定，计算有压输水系统的水力瞬变过程，无压输水系统只考虑连接处流量影响。研究工程中的闸门井，不仅是截流元件，还应考虑其调压塔效用。研究成果可为类似工程的水力过渡过程计算提供参考。     

基于流量模型的水电机组效率监测

在进行水电机组效率评估时需实测水轮机流量,在许多实际系统中,受条件限制,流量无法准确测量。依据几何断面与流量的关系,建立了水电机组的流量模型,并提出一种基于流量模型的效率监测与评估方法。基于流量模型可以由水轮机相关运行参数计算水轮机的流量,再通过实测机组出力计算机组相对效率,从而实现对机组效率的监测与评估,以指导水电机组的经济与安全运行。