基于性能曲面拟合的泵站优化调度分析.pdf

水 利 学 报 2004年11月 SHUIUXUEBAO 第11期 文章簟号：0559．9350(2004)11-0027．06 基于性能曲面拟合的泵站优化调度分析 龙新平，朱劲木，刘梅清，周龙才 (武汉大学动力机械学院．湖北武汉430072) 摘要：本文基于曲面拟合构造了装置效率、叶片角度与装置扬程和流量的连续函数关系，可以迅速准确地确定某一 装置扬程和流量所对应的装置效率等参数。由于不需要反复插值计算，可以大大提高寻优计算的速度和精度。进 而本文利用动态规划建立了泵站优化调度模型．可用于考虑时间因素、具有多种型号泵且能调角或调速运行的泵 站优化调度。为了检验本方法，特对某泵站进行了优化调度。结果表明，优化后的方案比现有运行方案要节省大 量电费。 关缱词：泵站；优化调度；曲面拟合；动态规划 中图分类号：$277．1 文献标识码：A 随着国民经济的发展，水资源短缺和分布不合理的现象越来越严重。为此，兴建了许多大、中型跨 流域调水工程和一般供水工程。作为工程的核心部分，这些供水泵站长年运行，其能耗和运行费用的大 小对这些调水和供水工程具有重要的影响，因此泵站优化调度的研究具有很重要的意义。泵站优化调 度有多种方式，如可以在满足总供水量的前提下，确定各供水时段的最优流量分配，并确定各时段最优 的开机组合及最优的单机流量或叶片角度；也可以是满足实时流量要求，确定最优的开机组合及相应的 流量。前者为考虑时间因素的问题，而后者为不考虑时间因素的问题，后者实质上是前者的子问题。对 泵站的优化调度问题，有不少学者进行了研究。文献[1～3]用分解协调方法分析了泵站具有多型号水 泵机组的优化调度问题，文献[4]利用遗传算法进行了泵站优化调度研究。在进行泵站优化调度研究 时，首先要对机组的性能进行分析和处理。目前通行的做法是，先拟合水泵在不同角度的性能曲线，并 求出水泵在不同装置扬程下的流量和装置效率关系曲线，再将这一组曲线方程储存在计算机内。在以 后的寻优过程中，要多次调用上述曲线方程组进行反复的插值计算，以确定给定装置扬程和优选的流量 对应的装置效率和叶片角度。这种做法不仅需要大量的计算机内存，也影响计算速度和精度。基于上 述考虑，本文首先进行水泵动力特性的曲面拟合，构造出装置效率目。和叶片角度0关于装置扬程越，和 流量p在给定域内的一一对应的连续函数关系式。任给一组(／t,，，Q)就可以利用该函数关系方便地找 到对应的日，，和0，不需进行插值计算，大大减少了计算工作量，并提高了计算精度。在此基础上，引入分 解协调法建立了可用于泵站具有不同型号泵并考虑时间因素的优化调度问题的模型，并以广东某泵站 为算例进行了分析比较。 l水泵动力特性的曲面拟合 在泵站内部，机组的运行成本主要包括主机和辅机的电费、设备及工程的折旧费、行政管理费、大修 及维修费以及人员工资等。设每台机组每小时的运行费为足(千元)，用来表示除主机电费以外的各种 收稿日期：2003．114)7 作者简介：龙新平(1967一)，男，湖北监利人，副教授，主要研究方向为：流体机械及工程、泵及泵装置的优化运行等。 27— 万方数据 费用，则一台水泵机组运行时间t(h)以后，其运行成本为 F：噤+缸(千元) …(1) 1一1000目。。……” 扬程(m)；仉为该机组的站效率。 泵站的总运行成本是由各个机组的运行成本所构成的。由式(1)可知，要求单台机组的运行成本， 必须要知道单泵的站效率。当进出水池的水力损失很小可以忽略不计时，可认为机组的站扬程皿，等于 机组的净扬程皿，，单泵的装置效率％等于单泵的站效率‰，而单泵的装置效率为 ％=钴‰々。％ (2) 式中：％、‰、‰、％分别为管道(或