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%.     

泵站变角变速组合优化运行算法

建立了泵站多机组叶片全调节与变频变速组合优化运行数学模型,提出了基于动态规划逐次逼近法的大系统分解-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与变频变速组合日优化运行子模型.该子模型以机组叶片安放角及机组转速为决策变量、机组提水量的离散值为状态变量,采用动态规划逐次逼近法求解.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,采用动态规划方法求解.以某泵站运行为例,在满负荷、80％负荷、60％负荷下,各日均扬程下泵站多机组叶片全调节与变频变速组合日优化运行较定角恒速运行平均单位提水费用分别节约5.80％,25.19％,32.20％.     

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。     

泵站单机组变速运行优化方法研

考虑峰谷电价与站下水位变幅等因素,提出了以日开机运行总耗电费用最少为目标函数,各时段水泵转速为决策变量,规定时段内抽水总量为约束条件的单机组变速优化运行动态规划模型.对江都四站单机组变速优化运行与恒速运行进行了比较分析,结果表明:满负荷工作时,无论是否考虑峰谷电价,变速带来的效益不足以抵消安装变频装置产生的耗损;考虑峰谷电价、非满负荷工作时,效益明显;不考虑峰谷电价情况下,80%和60%负荷工作时,变速节省的电费偿还相应配套功率的变频装置投资约需15～18年和7～10年.     

基于DPSA方法的江都四站单机组优化运行

提出了考虑峰谷电价与水位变幅等因素的水泵叶片全调节与变频变速组合优化（以下简称组合优化）运行的动态规划数学模型,以日开机运行总耗电费用最小为目标函数,各时段水泵开机的叶片安放角和机组转速为决策变量,规定时段内抽水总量为约束条件,通过动态规划逐次逼近法（即DPSA）确定最优解.以江都四站为例,对单机组组合优化运行与定桨恒速运行进行了比较分析.结果表明,在典型潮位过程（12月至2月份平均潮位过程）,设计日均扬程（7.8~3.8 m）,机组以100%,80%和60%总水量（机组额定运行时的水量）作为约束时,组合运行优化结果与定桨恒速运行相比,考虑峰谷电价时可节省电费0.99%~35.00%,不考虑峰谷电价时可节省电费0.26%~17.23%.优化效果良好,为南水北调泵站优化运行提供了新的思路.     

基于DPSA传统分解聚合模型的并联泵站优化

针对多决策变量复杂非线性系统优化问题,引入基于DPSA的传统分解聚合模型进行并联泵站叶片全调节优化运行研究.首先将大系统分解为若干个子系统,采用DPSA法对各子系统进行优化;再以各子系统分配水量作为关联变量将各子系统回归方程进行聚合,并由聚合模型确定整个系统的最优解;最后通过关联变量将系统最优解反馈到各子系统,从而得到各子系统相应优化调度过程.通过在江都并联泵站叶片全调节优化中的应用,实现了系统总费用最小时的优化调度过程,确定了各站各时段开机台数及叶片角度的最优组合方案,表明了方法的可行性.同时以单位提水费用为指标,按考虑峰谷电价与不考虑两种情况,分析了江都站不同日均扬程、不同运行负荷下,叶片全调节相对定角恒速的优化运行效果,其中考虑峰谷电价节省费用较多,在满负荷、80%负荷6、0%负荷运行情况下,不同日均扬程单位费用节省率均值分别为7.52%2,2.19%,25.89%.     

非电费成本对并联泵站流量分配的影响规律研究

泵站应用广泛、耗能巨大,并联泵站是泵站的一种常见布置形式,开展并联泵站最优流量分配方案研究对泵站运行节能降耗意义重大。但目前研究中主要考虑了提水电费等电费成本,针对非电费成本的考虑不足。综合考虑电费成本与其他非电费成本,采用动态规划方法构建了考虑非电费成本的并联泵站站间流量最优分配模型,并以南水北调东线工程睢宁枢纽（含沙集站与睢宁二站并联运行,其中沙集站需支付非电费成本）为例开展了实例研究。应用结果表明：(1)非电费成本占比较低时对流量优化方案无影响,在非电费成本占比达到65%的阈值后对分配方案具有较强的导向作用;(2)当非电费成本占比较低时,机组的硬件约束决定了并联泵站的站间流量分配方式。但随着非电费成本占比提升,机组硬件约束的影响力减弱使得非电费成本开始主导站间流量分配方式,并且这种变化首先发生在高扬程工况下。在达到一定阈值后,非电费成本对泵站群的最优运行方案有着重要的影响,在优化调度过程中需要将其纳入优化目标中来。     

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.     

基于试验选优方法的多机组叶片全调节优化运行研究

针对淮安四站采用站内多机组叶片全调节日优化运行数学模型,以日耗电费用最少为目标函数,应用试验选优方法进行计算分析,研究同一时段内水泵各机组在叶片安放角相同时的优化运行效益。结果表明,考虑峰谷电价、不同负荷工作时,淮安四站站内多机组叶片全调节优化运行与定角恒速运行相比,单位费用及机组累计开机时长降低,且负荷越小,节省幅度越显著;泵站运行时基本上是高电价对应于小叶片角、少开机台数,反之亦然;此外,提出了一套不同日均扬程及提水负荷下泵站叶片全调节优化运行预案,该成果可为日均扬程变幅较小的大型泵站站内多机组叶片全调节优化运行提供参考,同时也为淮安站-淮阴站站间优化运行提供研究基础。     

平原河网地区灌溉泵站群优化布局研究

在平原河网地区,为保证河道生态用水量,需要解决河道的引水能力与二岸农田灌溉泵站提水流量不匹配的现象。为此,提出了灌溉泵站改造布局优化的动态规划模型,可在满足农田灌溉、河道最小生态流量等条件下,确定泵站群的最优开机组合,该成果可对平原河网地区的灌溉泵站布局优化调整提供理论依据。同时,对此类耦合约束带有明确可行域的动态规划模型,提出了简单、方便的递推方法。     

基于CFD的低扬程泵装置变速特性及相似性

根据南水北调工程中低扬程泵站采用变频调速进行工况调节的运行要求,应用相似准则分别分析了泵和泵装置在不同转速下能量特性的关系,指出不同转速下泵的流量扬程关系特性符合相似律,但由于进、出水流道中的流动受到水泵流动的影响,泵装置的流量扬程关系在不同转速下不完全符合相似律。采用计算流体动力学方法分析了典型灯泡贯流泵装置在3种不同转速下出水流道的流场分布,发现随着转速差距的加大,同一截面上的速度分布甚至出现相反的分布规律,进一步证明了不同转速下的泵装置特性不完全符合相似律,因此变速工况下的低扬程泵装置特性不能采用传统的相似律预测.     

泵站用行星齿轮变速传动装置的设计

基于泵站的更新改造,针对目前国内泵站采用直联传动的现状,结合泵站变速调节的优点,提出了采用行星齿轮变速的泵站传动装置.该传动装置由行星齿轮变速和齿轮减速两部分组成,行星齿轮变速由一排2X-H型行星齿轮传动及控制变速器运动输入的两个离合器和两个制动器组成.通过分析行星齿轮的运动得到了变速比.通过对行星齿轮两种配齿方案的计算和分析,确定了用于泵站的行星齿轮传动变速方案：选用转速为1 500 r/min的电动机,行星齿轮变速的两种传动比为3和1.5.经过配齿设计,得出泵站所需要的输出转速为250 r/min和125 r/min.采用行星齿轮变速传动也可以满足南水北调工程泵站流量和扬程变化大的特点.     

大型泵站运行优化方法及其应用

为了掌握适于求解具有多变量的大型泵站运行优化问题的现代优化方法,阐述了遗传算法（GA）、基本粒子群算法（PSO）与模拟退火粒子群算法（SA-PSO）的基本原理,分析了算法的异同点,从理论上得出PSO算法较GA算法更简单、更高效.以南水北调东线工程江都泵站系统为例,当泵装置扬程一定时,以各座泵站开机台数和水泵叶片角度为变量,运行费用最少为目标函数,并且满足总抽水流量、单机允许抽水流量以及开机台数等约束条件,建立运行方案优化数学模型,确定各座泵站开机台数、机组运行工况和日运行费用.分别采用遗传算法、基本粒子群算法和模拟退火粒子群算法求解,可行性规则处理约束条件,应用Matlab语言编制优化计算程序.结果表明：SA-PSO算法求解的泵站变角优化运行方案,较在设计角度运行的方案节省运行费用0.99%～4.22%,较GA,PSO算法最优解方案分别节省运行费用0.22%～2.80%和0.02%～0.40%;3种算法的运算时间分别为30,52,25 s.因此,SA-PSO算法较为适合于大型泵站运行优化问题的求解.     

城市取水泵站进水池进水流态的改善

在介绍城市取水泵站进水建筑物布置特点的基础上,结合上海市长江引水三期工程取水泵站水力模型试验,针对单台泵运行和多台泵组合运行等多种运行条件,对进水池表面流态和典型过流断面流速分布进行了量测;并据此分析了进水池产生主流居中,底坎附近和底坎前区域产生回流区,进水流道前产生由池壁流向中间机组的斜向流,以及在边机组进水流道进口处产生间歇性漩涡等不良流态的原因。提出了取消底坎,在进水池扩散段设置八字形导流墩和边机组进水流道前设置消涡板等改善不良进水流态的措施。试验结果表明:改善措施可以有效地改善进水池进水流态,提高水泵运行工作效率。