基于改进遗传算法的泵站优化运行

供水泵站多台机组运行时会产生相互影响,导致能耗高,因此在供水状态发生变化时要快速、准确地计算出水泵的最佳转速,以便指导泵站管理人员进行操作,实现降低能耗目的。建立了以泵站总轴功率最小为目标函数的泵站运行的优化模型,以水泵的开启状态和调速率为变量,供水流量、扬程以及调速范围等因素为约束条件,并通过改进遗传算法对建立的优化模型进行求解分析。通过某工程实例的优化结果表明,改进遗传算法对泵站的优化运行行之有效,适用于大多数泵站的优化节能运行。     

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%。     

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。     

基于粒子群算法的梯级泵站优化调度研究

针对大型梯级泵站运行特点,用调度周期内的机组启动次数衡量维修成本,建立以抽水电费最小和机组启动次数最少为优化目标、以调度周期不同时段下流量分配为决策变量的双目标优化调度模型,并利用线性加权方法评估双目标之间的关系,最终采用粒子群求解算法进行模型求解。工程实例分析表明,基于线性加权的梯级泵站双目标优化调度,不仅可以获得抽水电费与机组启动次数之间的权重关系和最优运行方案,也可为梯级泵站调度决策提供理论依据。     

潮汐变化对沿江大型泵站叶片调节优化运行影响

针对沿江大型泵站单机组叶片全调节运用工况,建立了考虑潮汐影响的日优化运行模型。该模型是以单机组耗电费用最少为目标函数,时段为阶段变量,水泵叶片安放角为决策变量,日提水量为约束条件。以江都四站为例进行计算,确定不同水量约束、不同日均扬程、不同日均潮差变幅条件下,长江潮汐变化对泵站单机组优化运行效果的影响。结果表明：随着日均扬程的降低和日均潮差的增大,沿江泵站叶片全调节优化运行效果愈加明显。     

基于水动力模型和遗传算法的梯级泵站优化调度研究

引滦入津输水沿线采用梯级泵站级联提水的方式工作。为降低泵站系统总能耗,在分析研究梯级泵站输水特点的基础上,设计出梯级泵站站间水位优化结合各单级泵站站内机组优化的调度方法,并利用丹麦DHI MIKE11水动力模型和遗传算法分别建立了河道水位数学模型和泵站优化调度模型,根据各泵站机组实测运行记录,拟合了机组运行效能曲线来计算功耗。结合2011年该梯级泵站运行实测数据,验证了该调度方法的合理性、有效性,能够满足梯级泵站节能降耗的要求。     

基于带储水箱的增压泵站离心泵的优化运行研究

本文提出了一种在带储水箱的供水系统增压泵站中优化机组及其运行方式的技术,建立了泵站的非线性、多准则、部分积分数学规划问题的优化数学模型。所采用的方法保障了问题公式和解决方案的数学严谨性,以及用户行为和供水系统条件的真实数据记录。通过非平稳随机过程的统计分析方法对全尺寸实验数据进行处理,利用遗传算法对其进行优化。通过对各种离心泵进行比较,得到泵站的最佳运行方式,以最少的泵数和最大的效率来操作泵站达到最大的能源利用率,并确定了水箱的最小基本尺寸、离心泵的最佳运行速度。     

基于改进遗传算法的泵站优化调度研究

通过对泵站进行调度优化可以有效提高泵站的运行效率.针对某供水水源基地的泵站建立神经网络模型分析水泵的特性参数,以水量、压力、高效约束为约束条件,建立改进遗传算法对运行效率进行优化,进而提高水泵运行效率.研究结果表明,随着训练数据的增加,网络模型的预测精度逐渐提高,模拟水泵的特性曲线更加准确;对于优化模型,当迭代次数大于...     

潮汐变化对长江沿江大型泵站变频变速优化运行方式影响探讨

针对长江沿江大型泵站变频变速优化运行受潮汐影响的问题,提出了以泵站单机组耗电费用最少为目标函数的优化运行数学模型,考虑水量与机组功率约束,采用动态规划的方法,以江都四站为例进行计算,确定不同水量约束、不同日均扬程、不同日均潮差变幅条件下单纯长江潮汐变化对泵站单机组变频变速优化运行结果的影响。结果表明:随着日均扬程的降低、日均潮差的增大,沿江泵站变频变速优化运行效果愈加明显。     

新型区域电力系统电源规划和时序生产模拟

以新能源为主体的新型区域电力系统电源规划和时序生产模拟面临较大困难,针对于此,设计了区域电力系统机组检修计划与机组组合的双层耦合框架,提出了中等规模机组集群方法,可使机组检修与机组组合优化直接耦合。还提出了新型区域电力系统检修优化模型,以系统空闲容量最小为目标函数,考虑系统电力平衡、调峰容量平衡等约束条件,检修计划有利于促进新能源消纳。在机组组合优化模型中,以系统运行成本最小为目标函数,对中等规模火电机组集群进一步采用机组集群求解方法,较准确计算火电运行及机组启停煤耗。在区域电力系统时序生产模拟中,上述方法计算结果明显优于启发式方法,可对各类电源间出力协调平衡进行全局寻优。     

Optimization on the VFDs’ Operation for Pump Units

The third Huaiyin pumping station in the South-to-North Water Diversion Project aims to solve the problem of lack of water. In order to save on electricity while satisfying the required flow demand, the operation optimization problem of the third Huaiyin pumping station is investigated, with a mathematical model set up to simulate the optimal daily operation, in which the pump units can have variable speed. After analyzing the characteristics of the mathematical model, an improved dynamic programming algorithm is presented to decrease the dimensions of the operation optimization problem and save electricity cost, which enables us to perform a practical engineering application. After discretization of the optimization problem has been achieved, the number of operational schedule sequences could be reduced and optimal scheduling could be achieved to save electricity costs by power constraint, classified enumeration constraint, feasible combination constraint and flow demand constraint. Through research and analysis of the working of the third Huaiyin pumping station, optimal operational scheduling of multiple pump units with variable speed operation using variable frequency drive (VFD) can lessen the electricity tariff significantly compared with dynamic programming with the successive approximation method and decomposition/aggregation-dynamic programming method. The operational electricity tariff is reduced by 7.71% by the improved dynamic programming algorithm in comparison with the benchmark scheduling. Simulation results demonstrate that the cost efficiency comes from variable speed operation with VFD and flow demand transfer from the time periods when a high electricity tariff applies to time periods of a low electricity tariff based on the time-of-use electricity tariff.

     

基于抽水装置特性曲线校正的泵站优化模型

受运行时长、安装位置等多种因素影响，水泵装置理论特性曲线难以准确描述实际抽水装置的运行特性，导 致通过以其为基础所构建的泵站优化模型计算得到的运行方案偏离实际。基于水泵理论曲线提出数据和机理双 重驱动的参数辨识方法校正水泵装置特性曲线，通过对实测数据进行多项式拟合校正装置效率曲线，以实测数据 诱导转速理论曲线整体平移可实现装置转速曲线的校正。以南水北调东线工程的泗洪泵站为例，构建考虑机组 差异特性的泵站优化模型。结果表明：经过校正，效率曲线与实测数据的符合程度从校正前的 0.60 提升至 0.99， 转速曲线与实际的平均绝对误差比校正前降低了 0.23?r/min；基于装置特性曲线校正的差异特性站内优化分配方 案更加贴近实际运行情况，相比历史运行方案平均降低 10.1% 的能耗，可实现泵站高效运行与调度目标的精细控 制。利用实际运行数据对泵组装置特性曲线进行校正可有效加强泵站优化分配方案对实际调度的指导作用。     

Reservoir Operation Optimization: A Nonstructural Solution for Control of Seepage from Lar Reservoir in Iran

Abstract

In this paper, the results of utilizing a deterministic dynamic programming model for operation of Lar Reservoir in Iran are discussed. This reservoir has experienced extensive seepage from the start of its operation. The optimization model consists of a three-step cycle, which began with the optimization of reservoir operation for a given set of streamflows. The optimal policies are then analyzed in a regression procedure to obtain a set of operating rules. After the first run, operating rules from the previous run were placed as a new constraint on the water releases with some pre-assigned tolerance and the cycle continues. The model also consisted of mathematical functions for modeling the seepage from Lar Reservoir as a function of storage head in the reservoir. The loss function in the model was also modified in order to incorporate parameters that reduce the seepage. Results of different scenarios showed the significant effect of optimal policies on reduction of seepage and increasing the reliability of water supply to Tehran Metropolitan Area. A pumping station was also proposed to utilize the inactive part of the reservoir, in access of over 100 MCM, in order to reduce the seepage. The effectiveness of different pumping capacities to reduce the seepage was also investigated.     

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。     

基于动态规划法的多泥沙水源泵站优化调度研究

对多泥沙水源泵站的优化调度,主要以清水条件下算出的泵站稳态数据为基础,在一定的含沙率和下游所需流量下,运用泥沙公式求出泥沙水源条件下各种组合的水泵工作点;然后采用动态规划法,以抽取单位水量的耗能量最小作为目标函数,确定约束条件和递推方程,接着对模型求解,找出最优的开机组合。以某取水泵站为例进行了相关计算,计算结果表明:采用动态规划法,并运用相关的公式求出工作点;利用计算机语言,可以快速并准确地在满足条件下所有的水泵开机组合型式中寻找出最优的开机组合,以减少泵站的损耗,提高泵站的运行效率。借助于工程实例,对于含沙水流下泵站工作参数的推导、动态规划数学模型的建立以及调度目标函数的确定等过程进行了较为详细的介绍。     

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。     

多级串联梯级泵站扬程优化分配研究

为了使梯级泵站群整体以效率最高状态运行,降低输水成本,确定不同工况下梯级泵站群的最优运行调度方案,开展了针对南水北调来水调入密云调蓄工程梯级泵站不同的梯级净扬程组合下的扬程优化分配研究,即当首级泵站进水侧水位和末级泵站出水侧水位(即梯级净扬程)一定时,各级泵站间的扬程分配。在满足各渠段水力联系、各级泵站进、出水侧水位约束等多个条件的前提下,利用动态规划法进行求解,得出各级扬程分配的最优解,使整个梯级输水系统运行效率最高,从而得出梯级泵站系统联合运行扬程优化分配方案。     

最高扬程与平均扬程相差较大的特低扬程泵站选型研究

设计规范要求"在平均扬程下水泵应在高效区工作"与"最高扬程时应保证稳定运行",对于最高扬程与平均扬程相差较大的特低扬程泵站,两者往往较难兼顾,该类泵站的选型难度很大。针对此类泵站,以新村枢纽为典型案例,为寻求高效率、易维护、低造价的泵型,进行了多方案比较,对电机调速、定速方案进行了分析,最终选择了竖井贯流泵及其定速方案。结果表明:根据工程特点,泵站选型时不必拘泥于平均扬程下必须在最高效区;运行中提前开泵、预降内河水位,适当提高实际扬程,延长水泵位于高效区运行时间,即能达到节能目的。泵装置水力性能优化及模型试验表明:泵装置的综合水力性能优良,水泵选型和流道设计合理;模型装置马鞍区峰点扬程大于2.8 m,满足泵站最高扬程稳定要求。溧阳城市防洪工程三大枢纽及新沟河延伸拓浚工程遥观南枢纽泵站均采用此泵型,工程于2013年起陆续投入使用,从运行效果看,机组运行状态良好。     

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%。