梯级泵站优化调度软件设计及应户

以分解一协调法为求解计算的理论基础，并利用VB和Fortran语言相结合的方法开发了梯级泵站优化调度可视化软件，软件中主要包括机组装置效率的模拟、单个泵站的运行优化、梯级泵站的运行优化和一些辅助功能，可帮助泵站运行管理人员科学制定泵站运行方式。     

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。     

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。     

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。     

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。     

高扬程梯级泵站输水系统的运行效率评估方法与模型

针对高扬程梯级泵站运行效率评估困难的问题,通过综合考虑泵站效率、区间水量损失、水力损失、分流量、水位等多因素影响的基础上,提出了基于流量平衡的输水系统运行效率分析的方法,建立了针对配水区间的运行效率评估模型;另外,针对部分梯级泵站流量监测设备不完善的情况,提出了基于水量平衡的梯级泵站运行效率评估模型;将两个评估模型运用于甘肃景电一期工程的效率分析,计算结果表明,基于动态平衡的输水系统运行效率评估模型能够更客观地反映梯级泵站系统的运行效率状况,模型计算结果和工程实际的运行效率吻合良好。     

多梯级泵站群调度自动化系统设计

根据甘肃省景电多梯级泵站群的特点,在总结景电工程泵站计算机监控系统建设与管理经验的基础上,探索开发多梯级泵站群调度自动化系统,目的在于提高多梯级泵站群运行调度自动化水平,为提高调度水平、提高工程经济效益、降低能源消耗提供技术支持.     

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%.     

基于动态规划法的单级泵站日经济运行优化模型

为合理选择泵站机组在不同工况下的组合方式,实现单级泵站的运行优化。通过分析水泵运行效率与水泵流量、扬程以及转速间的相互关系,确定水泵装置的工况点,构建单级泵站日经济优化运行模型,以泵站日运行总费用最低为目标,通过动态规划法从而求解单级泵站的日经济最优运行方案。选定南昌市九圩港提水泵站为研究对象,依据泵站已有的运行数据,在综合考虑泵站日运行分时电价、扬程及流量变化的基础上,将该泵站优化运行模型分为两层,第一层为泵站日经济优化运行模型,确定泵站在一日内运行费用的最小值;第二层为泵站运行效率优化模型,确定在不同时段内泵站效率最优运行方式。结果表明,当日总输水量一定时,分时电价是影响泵站日经济运行费用和不同时段机组流量分配的主要因素;以九圩港泵站的典型工况为例,优化后的泵站运行方案较优化前日单位运行费用降低了18%。该模型对实现单级泵站日经济优化运行具有一定指导意义。     

泵站经济运行中机组投入顺序的模糊优选

由于泵站机组的实际性能与设计值不一致，造成在泵站经济运行中对机组开机顺序的选择有一定的困难。采用基于模糊一致矩阵的决策方案优选方法对机组进行选优，使泵站的经济运行更符合实际，更有效降低泵站的运行能耗。     

多级提水泵站优化调度研究

泵站可用于田间配水、城市用水,多级泵站大多建在西北黄土高原地区,由于各区域用水分布不均,输水系统复杂以及运行管理等问题,多级提水泵站需要进行系统的优化调度。以某多级提水泵站为研究对象,当泵站在正常情况下运行时,即流量为6.1 m^3/s,对于泵站级间采用粒子群算法,优化结果与实际运行情况相比,各级泵站水位发生微调,在该流量下水位实现一个相对较好的组合,单位时间内可节约1.66%的能量,一年大约可节约98万kWh。优化后多级泵站从整体降低了能耗,在尽可能提高其运行效率、降低能耗的基础上,使其在安全、经济的情况下运行。     

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。     

基于组态软件的泵站经济运行

介绍了组态软件的图形系统，并从组态软件的基本功能入手，对泵站经济运行进行了初步探讨。认为：基于组态软件的泵站经济运行使用组态软件的图形系统，通过人机交互界面提供强大的图形功能，自动化程度高，误差小，精度高。     

基于Pareto最优解的跨流域调水泵站多目标优化运行研究

【目的】探究跨流域调水泵站多目标优化运行。【方法】以泵站提水费用最小及站内机组间流量不均匀度最小为目标,以调水周期内各时段各机组叶片安放角为决策变量,本文建立了泵站多目标优化运行非线性数学模型,提出了基于Pareto最优解理论求解的多目标遗传算法。以南水北调东线源头江都4站为研究实例,考虑峰谷分时电价影响,开展了不同日均扬程及提水负荷下的典型计算分析。【结果】综合考虑泵站运行的安全性和经济性,在100%、80%、60%提水负荷下,江都4站最佳运行方案对应的每万m³提水费用较常规运行方案平均节约12.44%、14.26%和3.69%,机组间流量不均匀度相较于单独考虑经济运行目标的方案显著减少。【结论】新建立的模型能够有效降低泵站优化运行过程中的安全隐患。     

南水北调东线泵站变速运行模式的适应性

以南水北调东线工程源头泵站江都四站为例,通过单机组优化运行（叶片全调节、变频变速）数学模型的求解、分析可知,在南水北调东线源头泵站扬程变幅（日均扬程7.8~3.8 m,潮差1.2 m）范围内,不管是否实行峰谷电价,泵站叶片全调节优化运行是较为合适的运行模式;变频变速运行仅在扬程低于5.0 m、非满负荷运行时优于叶片全调节;在满负荷工作时,泵站变频变速与定角恒速运行相比,变频变速优化运行带来的效益不足以抵消变频装置的耗损.同时,从泵装置运行的机理出发,证明了大型提水泵站只有在一次调水过程中的扬程变幅足够大时,变频变速优化运行才能产生效益的论点.该成果可为南水北调东线大型泵站的改造、优化运行提供理论依据.     

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.