泵站群控系统的节能优化调度研究

在实际泵站运行中需要根据不同要求调节流量扬程,由于泵站中定速泵和调速泵运行组合不合理,导致泵站运行效率低下。针对此问题,提出以泵站总功率最小为目标函数,以供水指标约束、单泵供水能力和调速泵的调速比为约束条件,建立了泵站优化运行数学模型。利用人工蜂群算法确定水泵并联运行的台数、调速泵的调速比及各泵流量的分配,实现泵站的优化运行。以某泵站实际要求进行计算,得出优化运行方案,比较并分析人工蜂群算法和标准遗传算法在泵站优化运行中的适用性。结果表明:人工蜂群算法的计算结果更优,收敛速度更快,计算用时更少,表明该算法在泵站优化运行及相近领域有较高的实用价值。     

并联水泵单调速优化运行研究

利用最小二乘法对水泵性能曲线进行二次拟合,根据等扬程流量叠加原理建立了水泵并联运行曲线方程.对不同型号水泵配置的单调速泵站,通过建立的水泵并联调速运行方程和泵站的年供水规律,计算得到各供水指标下调速泵的调速比,可以实现完全通过改变水泵的特性来达到工况点改变的目的.     

离心式注水泵站效率优化

为使离心式注水泵站运行组合更为合理,降低离心式注水泵站的能耗,研究了以功率最低为目标函数的离心式注水泵站优化问题,并得到了该优化问题的求解流程,且寻优结果包括各泵串并联方式以及各泵对应的转速.据以上研究内容,编制了离心式注水泵站优化软件,并针对某一油田注水泵站测试了该软件,所得结果为该注水泵站提供了改造方案,该泵站在此方案运行,具有功率最低的优点.研究结果表明:在某些工况下,离心泵的串并联及调速能使尽可能多的离心泵工作在高效区;利用完全枚举法进行针对某一工况下的泵组合寻优时,能将离散的泵组合寻优问题转化为方便求解的非线性规划问题,该非线性规划问题可利用Matlab中的fimicon函数求解.研究结果可为针对某一注水泵站的运行优化或改造提供参考方案.     

泵站离心式机组并联调速运行特性分析

针对泵站系统变流量时泵站并联机组调速运行工况点难以确定的问题，分析了相同型号、相同管路布置时多泵并联的运行特性。在此基础上，通过简化管路约束，应用离心泵性能特性和流体机械相似原理对泵站多泵并联工作机组的运行特点进行了分析和研究，建立以系统流量为约束条件下的调速特性数学模型，讨论了多泵并联系统调速时的系统性能，并给出并联调速机组单泵调速情况下的工况点计算方法。     

供水泵站优化运行的混沌算法

以机组开机状态为变量,抽水流量和调速泵调速范围为约束条件,泵站总耗能最小为目标,采取直接优化的方法,建立了供水泵站优化运行的数学模型．利用混沌优化技术,通过对定速泵的变量取整以及判断调速泵转速是否在调速范围,形成泵站开机状态变量,对等式约束采取增加惩罚函数、不等式约束通过变量尺度变换和平移办法解决．应用Matlab语言编制优化计算程序,对泵站一天实际运行数据进行优化计算,总消耗功率比经验操作可减少3．67％左右．该方法简单易行,求解精度和可靠性较高,是解决既有定速泵又有调速泵泵站优化运行的有效方法．     

泵站变速节能的优化计算

为了给泵站变速节能提供最优转速决策，针对水泵机组可以无级调速的泵站，以约束于一定流量要求下单位水量能耗最小为目标建立了站内多台机组同时变速运行的优化计算模型，并根据目标函数取极值后所形成的议程中的一个常量为平均泵站效率的倒数这一特殊意义来研究数值求解方法。     

并联泵站群日优化运行方案算法

提出了并联泵站群日优化运行数学模型,该模型以并联泵站群日提水费用最少为目标函数,以各时段机组叶片角或转速为决策变量.考虑站间不同工况调节方式,采用大系统二级分解-动态规划聚合法进行求解.首先以泵站日提水耗电费用最少为目标,泵站提水量的分配为协调变量,将该模型分解成若干个泵站多机组日优化运行一级子模型;再以单机组日提水耗电费用最少为目标,机组提水量的分配为协调变量,将一级子模型分解为若干个单机组日优化运行二级子模型.该二级子模型以机组叶片安放角或机组转速为决策变量,机组提水量的离散值为状态变量,采用动态规划方法求解.构造的聚合模型以各机组提水量为决策变量,并联泵站群提水量的离散值为状态变量,同样采用动态规划方法求解.该方法可以解决不同工况调节方式、不同时段划分及不同日均扬程下并联泵站群的日优化运行问题.以淮阴一、三站并联运行为例,作了日优化运行计算,结果表明：各日均扬程下满负荷、80%负荷、60%负荷优化运行单位费用,较定角恒速运行分别平均节约10.53%,26.54%,34.40%.     

并联泵站群日优化运行方案算法

提出了并联泵站群日优化运行数学模型,该模型以并联泵站群日提水费用最少为目标函数,以各时段机组叶片角或转速为决策变量.考虑站间不同工况调节方式,采用大系统二级分解-动态规划聚合法进行求解.首先以泵站日提水耗电费用最少为目标,泵站提水量的分配为协调变量,将该模型分解成若干个泵站多机组日优化运行一级子模型;再以单机组日提水耗电费用最少为目标,机组提水量的分配为协调变量,将一级子模型分解为若干个单机组日优化运行二级子模型.该二级子模型以机组叶片安放角或机组转速为决策变量,机组提水量的离散值为状态变量,采用动态规划方法求解.构造的聚合模型以各机组提水量为决策变量,并联泵站群提水量的离散值为状态变量,同样采用动态规划方法求解.该方法可以解决不同工况调节方式、不同时段划分及不同日均扬程下并联泵站群的日优化运行问题.以淮阴一、三站并联运行为例,作了日优化运行计算,结果表明：各日均扬程下满负荷、80%负荷、60%负荷优化运行单位费用,较定角恒速运行分别平均节约10.53%,26.54%,34.40%.     

大型泵站水泵机组工况调节方式定量优化选择

为了合理选择水泵机组工况调节方式,实现大型泵站优化运行,考虑机组起停机特性、安装维护性、可靠性等因素,在此基础上,针对优化运行功能,在保证抽水流量的前提下,以设备投资与运行总费用之和最小为目标,提出了定量选择水泵机组工况调节方式的方法.该方法综合考虑了泵站的扬程变化范围、运行时间、变工况优化运行、运行费用及设备投资.应用该方法对典型泵型的工况调节方式进行了优化计算,结果表明:当泵站运行扬程偏离高效区较多或扬程变幅较大时,泵站需要设置变角或变频变速工况调节机构.泵站年运行扬程分布不同,工况调节方式选择受到一定影响.设备费用降低后,泵站采用变角调节或变频变速调节的扬程适用范围增大,设置工况调节方式实现优化运行的效果更加显著.该方法为定量确定水泵机组工况调节方式提供了依据.     

泵站多机组叶片全调节优化运行分解-动态规划聚合方法

针对泵站多机组叶片全调节日优化运行数学模型,提出了大系统分解-动态规划聚合求解方法。以泵站日提水耗电费用最小为目标,机组提水量为协调变量,将该模型分解为若干个单机组叶片全调节日优化运行子模型。该子模型以机组叶片安放角为决策变量,机组提水量的离散值为状态变量,采用动态规划方法求解。构造的聚合模型以各机组提水量为决策变量,泵站提水量的离散值为状态变量,同样采用动态规划方法求解。该方法可解决安装不同型号泵机组或各机组性能存在差异的站内最优化运行问题。以淮安四站运行为例,获得了较好的优化效果。     

基于蚁群算法的泵站运行优化及投影寻踪选优策略

针对泵站优化运行计算时最优解评价指标单一的问题,建立了包含机组开停机约束的泵站优化运行数学模型和运行方案选优的投影寻踪决策模型.提出了求解泵站多机组优化运行模型的蚁群算法,并通过分析模型的特性改进了算法中启发式信息和信息素更新方式.对江都四站多机组日优化运行计算的结果显示,变量同等离散的情况下,利用蚁群算法优化的结果比用动态规划逐次逼近法优化的结果节省了2.8％的电费,前者相比设计工况运行时节省了29.2％的电费,且蚁群算法优化结果对应的运行方案中叶片调节次数少,机组运行时间短;方案选优时投影寻踪决策模型能够兼顾多个评价指标的优选,得到的运行方案不仅运行成本低,且更合理,更贴切于日常运行,可见改进后的蚁群算法结合投影寻踪决策模型在泵站优化运行及相近的领域有较大的实用价值.     

轴流泵站经济运行方案的确定

轴流泵站建成后，灌排区域内作物组成、水文、气象等因素将发生变化，引起泵站进出水池水位、泵站扬程和流量发生变化，致使泵站运行效率低，能源消耗高．为保证泵站在原有设备的条件下经济合理地运行，达到提高泵站效率，降低能源消耗，减少运行费用的目的，提供了根据泵站的提水流量、进出水池水位和泵站扬程的变化。通过调节轴流泵的叶片安装角度，来提高泵站效率和降低能源消耗的技术措施，给出了用系统分析的方法确定轴流泵经济运行方案的数学模型、约束条件和求解方法．通过多座泵站的应用，并经泵站测试，泵站效率已得到提高，取得了良好的效果．为泵站的经济运行提供了依据．     

基于Kriging模型与NLPQL算法的高比转数离心泵参数化设计

针对目前采用传统设计方法无法有效解决高比转数离心泵效率低的问题,以型号为100-80-125的高比转数离心泵为研究对象,基于Kriging模型对其叶轮子午流道盖板控制点参数和叶片型线参数进行了全面的敏感性筛选,并采用NLPQL算法对高比转数离心泵进行参数优化,以期提高其运行效率.对优化后的模型进行了数值计算,并通过试验对比了优化前后模型泵的运行效率.研究结果表明:在额定流量工况下,优化后泵模型的实际效率提高了3.2%,扬程提高了2.3 m;优化后未出现不利于铸造和加工的几何形状,优化效果较为显著.研究结果可为提高高比转数离心泵的效率提供了一种行之有效的方法.     

多泵并联供水系统水泵变速调节计算

在多泵并联的供水系统中，为了进行泵站供水流量调节，减少弃水，可采用调整开机台数与部分水泵变速调节的方式进行流量调节，文章结合典型工程研究了复杂系统水泵变速调节的计算方法。     

基于动态规划逐次逼近法的江都四站变速优化

建立了考虑峰谷电价、长江潮汐变化的南水北调泵站站内多机组变速优化运行模型：在水泵设计叶片安放角不变的情况下,以站内机组耗电费用最少为目标函数,时段为阶段变量,水泵转速、开机机组台教为决策变量,日抽水量为约束条件。针对该复杂非线性规划模型,首次采用动态规划逐次逼近法进行求解,并以江都四站为例,对站内多机组变速与定桨恒速运...     

Efficiency-driven pumping station regulation in on-demand irrigation systems

The objective of this work was to identify a new efficiency-driven pumping station regulation aiming at maximum energy savings in on-demand irrigation systems. This objective can be achieved by matching the discharge and the pressure head required by the network (characteristic curve of the network) during an entire irrigation season by regulating the operation of the pumping station on the basis of operating the pumps at maximum efficiency. The characteristic curve of the network can be obtained by using an appropriate stochastic generation and hydraulic model. Additional performance analyses were also carried out using the AKLA model in order to better characterize the hydraulic behavior of the irrigation systems under study. The characteristic curves of the centrifugal pumps were adapted to the network curve by equipping the pumping station with variable-speed devices. Several types of regulation based on variable-speed techniques were identified and analyzed. The energy consumption for each regulation technique was quantified for two on-demand irrigation districts in Southern Italy, managed by the Water Users Organization “Consortium of Capitanata”. It was demonstrated that, in comparison with the current pumping station regulation, maximum energy savings may be achieved when pump regulation is carried out with variable-speed devices to maintain the pumps at maximum efficiency.     

离心泵多工况水力性能优化设计方法

基于全局优化算法和各项损失计算的离心泵能量性能计算模型,提出一种离心泵多工况水力性能优化设计方法.该方法以原始设计的关键几何参数值为初始条件、设计工况的扬程为约束条件、多个工况的加权平均功率最小为目标,同时采用自适应模拟退火算法对离心泵能量性能计算模型进行求解,采用超传递近似法来确定各目标函数的权重因子,并采用该方法对一比转数为129.3的离心泵进行了多工况优化,最后分别对原设计和多工况优化设计进行了数值计算,计算结果表明：0.6Qd和1.2Qd工况下,多工况优化得到的功率低于原始设计,而设计工况下,多工况优化得到的功率比原始设计略高;多工况优化得到的3工况点加权平均功率比原始设计低0.06%;多工况优化的3点加权平均效率则比原始设计高0.46%.研究结果对于离心泵的节能设计具有比较重要的参考价值.