叶片可调单机组日运行优化方法研究

本文提出叶片可调单机组日运行优化动态规划数学模型，该模型以耗电费用最少为目标函数，以峰谷电价与站下水位变幅过程划分阶段变量，各阶段开机水泵的叶片安放角为决策变量，规定时段内的抽水水量为约束条件。以受长江潮汐影响的江都四站为例进行分析，获得结果如下：(1)在典型潮位过程(12月至2月份平均潮位过程)、设计平均扬程(7.8m)、机组尽可能满负荷工作时，叶片可调单机组日运行优化结果与叶片安放角维持0(设计安放角)相比可节省电费5.24%；且在平均潮差(1.2m)时，叶片安放最优角度与峰谷电价有关，峰电时为-4，非谷与谷电时+2。(2)在潮型不变的情况下，平均扬程分别为4.8m、5.8m、6.8m、7.8m和8.3m(实际可能发生潮位)时，叶片调节运行方式与叶片维持设计安放角相比，可节省费用在3.4-6.2%之间，平均节省4.5%，单位提水费用平均下降4.55%。该成果可为南水北调源头泵站的站间乃至梯级泵站群的复杂系统优化运行提供基础。     

南水北调东线单级泵站日经济运行研究

针对南水北调东线典型变频调速泵站,利用现有水泵装置模型试验数据,分析抽水装置扬程~流量~转速~效率之间的关系,在此基础上利用动态规划法建立了单级泵站日优化运行调度模型,以日运行费用最小为目标,寻求最优的日运行调度方案,确定各个时段内各机组的开机组合及运行方案。并以南水北调东线韩庄泵站为例进行了优化计算,结果表明泵站优化运行方案与现状方案相比,可有效降低运行电费。     

南水北调东线高港泵站优化运行方案研究

由于南水北调东线工程的高港泵站受长江潮位影响,其扬程变化频繁、变化幅度大,且同时安装有变角和不变角两种不同水泵,因此对不同的日总抽水量,以泵站运行费用最少为目标,建立优化模型。在考虑分时电价影响的基础上,研究了5种不同变角和变速条件组合的泵站优化运行方案,求解确定了泵站各时段的开机台数和机组运行工况。计算结果表明:5种优化运行方案中,1—3号机组变速、4—9号机组变速-变角优化运行方案节省电费效果最为显著;较现行的抽水流量一定的1—9号机组在设计角度运行方案节约电费13%～32%。     

泵站叶片可调单机组日运行优化方法研究

提出叶片可调单机组日运行优化动态规划数学模型,以耗电费用最少为目标函数,峰谷电价与站下水位变幅过程划分阶段变量,各阶段开机水泵的叶片安放角为决策变量,规定时段内的抽水量为约束条件。以受长江潮汐影响的江都四站为例进行计算,结果表明:(1)在典型潮位过程、设计日均扬程、机组满负荷工作时,叶片可调单机组日运行优化结果与叶片安放角维持原设计安放角相比可节省电费5.24%;叶片安放最优角度与峰谷电价相关,峰电时为-4°,非峰谷与谷电时为+2°。(2)在潮型不变情况下,日均扬程分别为4.8、5.8、6.8、7.8和8.3m时,叶片全调节运行方式与叶片维持原设计安放角相比,可节省费用在3.4%～6.2%之间,平均节省费用4.45%,单位提水费用平均下降4.55%。     

南水北调东线高港泵站优化运行方案研究

由于南水北调东线工程的高港泵站受长江潮位影响,其扬程变化频繁、变化幅度大,且同时安装有变角和不变角两种不同水泵,因此对不同的日总抽水量,以泵站运行费用最少为目标,建立优化模型,在考虑分时电价影响的基础上,研究了5种不同变角和变速条件组合的泵站优化运行方案,求解确定了泵站各时段的开机台数和机组运行工况。对计算结果进行分析后表明：在这5种优化运行方案中,1—3号机组变速、4—9号机组变速-变角优化运行方案节省电费效果最为显著,其较现行的抽水流量一定、1—9号机组在设计角度运行方案节约电费13%~32%。     

梯级泵站优化模型及参数敏感性分析

为提高梯级泵站的工作效率,优化其调度方式是一种有效的方法。采用分解协调法,建立某水库运行的能量优化模型和日运行电价优化模型,应用改进的Morris筛选法对其影响参数进行敏感性分析。研究发现,在能量优化模型中,瞬时流量、后池水位、前池水位等因素对能量消耗和扬程消耗均有影响,且各参数的敏感性依次为瞬时流量、前池水位、后池水位;在日运行电价模式中,影响因素以日调水量、高峰时段最小流量、低谷时段最大流量为主。在不超出机组负荷条件下,为使日运行电费最低,需要降低高峰时段最小流量,同时增大低谷时段最大流量。     

泵站多机组变频变速调节运行优化研究

南水北调工程是我国水资源调度分配的重大工程,而泵站则是该调水工程中不可或缺的重要部分。针对泵站多机组变频变速调节的问题,建立了多机组变频变速调节的日优化运行模型。以南水北调东线工程泵站——淮阴三站为例,考虑了峰谷电价,对站内变频变速调节的日优化运行开展研究,在研究过程中采用了改进的动态规划算法进行计算求解。在求解过程中,通过分析约束条件,剔除不符合要求的机组启停组合,从而减少了优化问题的维数,解决了"维数灾"问题。计算结果表明:与定角恒速运行相比,淮阴三站实施频率优化运行可节约运行费用3.5%;在高峰阶段,影响运行费用的主要因素是开机台数,在满足需求量的前提下,机组应优先选择停机状态;而在低谷阶段,机组应优先以单位提水能耗较高的方式运行,以减少在高峰阶段的提水量。     

基于单机组试验选优的并联泵站群组合 优化运行算法研究

以并联泵站群日提水耗电费用最少为目标,构建包含各时段泵站运行数、站内水泵开机数、水泵叶片安放角及机组转速4个决策变量的并联泵站群变角变速组合日优化运行数学模型,提出基于二级子系统试验选优的大系统二级分解-动态规划聚合法。通过将原模型进行二次分解,获得以单机组日提水耗电费用最小为目标,各时段水泵叶片安放角及机组转速为决策变量的单机组变角变速组合日优化运行数学模型,采用大系统试验选优法求解。进而通过一系列二级子系统不同提水要求下的优化计算,获得单机组日提水量与提水费用的一一对应关系,原模型即可转化为以并联泵站群日提水费用最少为目标、各机组日提水量为决策变量的聚合模型,并采用动态规划方法求解。该方法可进一步完善组合工况调节方式下并联泵站群优化运行理论,较由站内单工况优化运行下获得的并联泵站群优化运行效益更为显著。以典型并联泵站群为计算实例,优化结果表明: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8.41%、23.07%、32.79%。     

南水北调东线工程江都泵站运行优化研究

江都泵站是南水北调东线工程水源泵站的一部分。针对泵站扬程变化的特点,利用水泵调节叶片的功能,建立了泵站优化运行的数学模型,并用遗传算法求解。对于不同的日总泵流量和日总泵水量,为了使泵站运行成本最小,分别确定了一天中不同时段运行的泵组数量和运行负荷。结果表明,在每天抽一定水量时,调整叶片角度和时变电价的方案,与常规运行方案(按一定的抽水流量设计叶片角运行的泵站方案)相比较,电气费用节省4.73%～31.27%;在泵送流量一定的情况下,通过调整叶片角度,节省了2.03%～5.79%的电费。     

利用电网的峰谷电价实现泵站经济运行

随着国家南水北调工程的开展和电网实行峰谷电价改革后，充分利用电网的峰谷电价来降低抽水泵站的运行成本，对提高南水北调工程的整体效益将起到一定的推动作用。     

曝气生物滤池降解规律试验研究

提出叶片可调单机组日运行优化动态规划数学模型,以耗电费用最少为目标函数,峰谷电价与站下水位变幅过程划分阶段变量,各阶段开机水泵的叶片安放角为决策变量,规定时段内的抽水量为约束条件。以受长江潮汐影响的江都四站为例进行计算,结果表明:(1)在典型潮位过程、设计日均扬程、机组满负荷工作时,叶片可调单机组日运行优化结果与叶片安放角维持原设计安放角相比可节省电费5. 24%;叶片安放最优角度与峰谷电价相关,峰电时为－ 4°,非峰谷与谷电时为+ 2°。(2)在潮型不变情况下,日均扬程分别为4. 8、5. 8、6. 8、7. 8 和8. 3m 时,叶片全调节运行方式与叶片维持原设计安放角相比,可节省费用在3. 4% ～ 6. 2%之间,平均节省费用4. 45%,单位提水费用平均下降4. 55%。     

井群泵站经济运行方案研究

井群泵站运行方案的选择直接影响泵站运行费用。建立井群泵站水泵并联运行的非线性能量方程组,通过牛顿迭代法求解并联运行水泵工况点结合两部制电价计算出各运行方案对应的单方水耗电费。以井群泵站日运行耗电费最小为目标函数,建立了优化运行方案的线性规划模型。结果表明:优化运行方案中单方水耗电费低的方案所分配的运行时间长,符合预期;设计供水规模下优化方案比原方案节约日耗电费5.14%。对类似工程实现高效经济运行具有参考意义。     

大型复杂并联梯级泵站系统运行优化研究

大型梯级泵站系统由输变电、泵站(包括主机组、进出水流道、进出水池、辅助设备及照明等)、输水河道等部分组成。采用多层分解-离散方法计算研究了南水北调东线长江至洪泽湖段3级复杂并联梯级泵站系统运行优化。在满足水位、流量、泵装置扬程和开机台数等相关约束条件下,以系统泵站总输入功率最小为优化目标,综合考虑输水水力损失、蒸发损失与渗漏损失,建立优化模型,采用模拟退火粒子群优化算法求解了站内优化方案,通过4层分解-离散计算,求解了长江三江营水源水位2.19m、洪泽湖水位13.5m、入湖流量为450m3/s的情况下,首段梯级泵站系统的优化运行方案,方案包括梯级之间的扬程分配、并联输水线路流量分配、各泵站抽水流量、开机台数及机组运行工况。结果表明,因受江都站站上最高通航水位8.5m的限制,当第1梯级东、西支线交汇处南运西闸大汕子处水位7.7m,第1梯级东、西支线流量比为0.13∶0.87,第3梯级南、北支线入洪泽湖流量比为200∶250时,系统运行方案最优,较原设计方案减少运行功率6.83%。     

梯级泵站叶片全调节日优化运行研究

梯级泵站群优化运行是具有非线性、多阶段、多维度特征的复杂科学问题,为解决梯级泵站运行效率较低、耗能较高等问题,开展梯级泵站叶片全调节日优化运行研究,运用动态规划逐次渐近法对单级泵站多机组叶片全调节进行优化计算,采用逆序查表法对梯级泵站日优化运行问题进行求解,最后对南水北调来水调入密云水库梯级泵站工程优化展开实例研究,考虑峰谷电价的影响,梯级泵站日提水总量为176.36×10~4m~3,泵站效率为43.27%,优化后梯级泵站日运行费用减少23.77%,优化效果明显。     

非对称运行西河泵站前池试验分析

为明确西河泵站非对称机组运行时前池的流态特征,基于物理模型试验的方法对西河泵站的前池及进水流道进行整体物理模型试验,共获取4种不同开机方案时西河泵站前池的流场和速度分布规律,并采用计算流体动力学技术对最低水位时8台机组全开的方案进行数值分析。结果表明：在0.75负荷排涝时,非对称机组运行方案2的前池两侧有微弱旋流,开机方案3和开机方案4前池流态均平稳,开机方案3泵站进口断面的底流速分布均匀度为78.2%;推荐两侧边机组和中间机组各2台开机运行;在全负荷排涝流量且最低水位时,机组全开时两边机组流道进口的水力性能指标最低,在实际运行时应注意两侧边机组运行的安全稳定性。研究成果可为西河泵站的实际运行管理提供一定的参考。     

从湖南电力市场需求特性看沅水流域滚动开发

根据有关预测和综合考虑，2001－2010年湖南省负荷水平，系统峰谷差的增长高于最大负荷的增长；系统调峰容量缺额汛期大于枯水期；从电力市场的需求特性看，最大用电负荷的增长速度明显高于电量的增长速度，用电峰谷差正在日益加大。从国外先进成熟的经验来看，解决调峰能力不足有两条较好的途径：一是衽峰谷电价，通过经济手段将一部分高峰时段的用电量转移到低谷时段，二是开发和建设抽水蓄能电站和调节性能好的水电电源点。对湖南省来说，开发沅水流域唯一一座具有多年调节能力、调峰及梯级补偿效益显著的三板溪龙头水电站，是较好的途径之一，符合国家对电源结构调整的政策。     

合理确定排涝泵站规模的感潮河道模型试验研究

合理确定泵站规模一直是感潮河道排涝工程设计中的关键问题。通过建立物理模型,在选定的水文边界条件和相应工程运行要求下,对某感潮水系两座涌口泵站规模进行试验研究。试验发现,受限于河涌过流能力,泵站规模存在临界值,超过该值后,即使再进一步增加泵站规模,水位也不会继续下降;泵站抽排对某位置水位的降低效应与泵站和该位置之间的距离密切相关,距离越近,水位降低越明显。基于上述认识,通过试验确定了满足水位管控要求的两座泵站规模的合理组合：距离相对较远的温涌泵站为80 m3/s,较近的金紫涌泵站为130 m³/s。试验方法和主要成果可为工程方案比选及优化提供重要依据,对类似河涌整治工程也具有一定的借鉴意义。     

强潮河口排涝泵站特征扬程确定及水泵选型对策

强潮河口排涝泵站由于外江水位变动大,运行扬程范围宽,导致水泵选型困难。本文通过对规范规定的感潮河段泵站扬程取用规定和工程实际取用情况的对比分析,认为在强潮河口按规范规定的方式确定泵站特征扬程并据此选定水泵,运行时遇强潮需关机停泵,可能错过最佳排涝时机,加重城市内涝。对运行扬程范围较大的泵站,理论上采用变频调速技术可以很好地解决水泵对扬程变化的适应性。但由于高压变频设备价格昂贵,制约了变频调速技术在排涝泵站中的应用。提出在确定强潮河口排涝泵站特征扬程时应合理分析内外水位组合出现的概率,缩小泵站运行扬程范围,方便水泵的选型。如果还是无法解决,可通过设置两种不同扬程水泵组合及人为抬高出水池水位的方式来保证泵站的安全高效运行。     

供水系统中水泵调度方法的比较

在大型管网系统中,降低水泵的泵送成本是一个关键性的问题.通过对抽水过程的有效调度,每年可节约10％的能源支出和相关成本.文章建立的典型成本函数涵盖了抽水过程导致的所有支出,包括抽水的电力成本、各时段电价、高峰需求和水泵切换成本.如果蓄水池水位已知,仅使用固定转速泵,基于动态规划的方法在优化调度中是有效的.文中对这几种方法进行了比较,并讨论了哪种方法更适合于这类泵的调度问题.     

考虑抽水蓄能电站的电力市场均衡模型

抽水蓄能电站是水力发电的一种特殊形式，它同时具有发电和蓄能2种功能。文中建立了一种计及这些特点的电力市场均衡模型。该模型把一天24 h分为蓄能、发电和停机3个时段，在蓄能和发电时段分别把抽水蓄能电站当做负荷和发电机处理。通过6节点算例验证了抽水蓄能电站的削峰填谷及降低负荷高峰时段电价的功能;证明了改善抽水蓄能机组效率不仅能够提高其自身收益，而且能够有效提高负荷及整体的社会收益，在抽水蓄能机组较多的市场中，这种效益尤其明显。