基于多目标动态规划泵站优化调度方法

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1、基于多目标动态规划泵站优化调度方法摘要：以原水泵房运行费用最低，清水池水位最高和开栗方案切换次数最少为目标函数，建立了原水泵房优化调度的多目标模型。将清水池水位分段，利用清水池水位分段数和开泵方案的切换次数联合划分状态空间，运用动态规划方法，结合具体实例，对该模型进行了求解，在人工调度中已考虑利用分时电价和清水池容积以降低运行费用的基础上，采用多目标动态规划方法能够降低运行费用约1.5-2%。关键词：原水泵房；清水池；多目标动态规划；优化调度随着峰谷电价政策的施行，不同调度时段的电价差异较大，导致在不同调度时段，同样的耗电量所需要支付的电费差距较大。因此根据新的电价政策调整不同调度时段的泵

2、房调度策略，可以迗到降低电费成本，提高水厂的经济效益的目的［1］。在实际的工程应用中，调度员所需要综合考虑水池蓄水量，泵站运行时间和开启次数以及泵站运行费用等多种因素。原水泵房优化调度是一类复杂的有约束非线性规划问题，由于连续变量与离散变量的综合作用，以及水泵模型的多变量耦合、强非线性特征的影响，使其建模和求解难度较大。以往的研究倾向于将泵房优化调度问题筒化为一个求解运行费用最低的单目标问题，导致模型求解的结果可能无法满足其它实际条件［2］。1.原水泵房优化调度的数学模型根据实际情况，以原水泵房运行费用最低为第一目标函数，以清水池水位最高和开泵方案切换次数最少为并列第二目标函数。建立原水泵

3、房优化调度的多目标模型。1.1目标函数1.1.1原水泵房的运行费用：1.1.2调度周期结束时清水池的水位：1.1.3开泵方案切换次数：其中，一一第调度时段号水泵的开关状态参数，0表示开，1表示关；开栗方案计算公式表明任一水栗的开启或关闭，开泵方案切换次数都会增加一次。1.2约束条件1.2.1处理构筑物处理能力限制为了确保水厂安全运行，在整个调度周期中，原水泵房的送水量必须满足各级水处理构筑物的处理能力限制。1.2.2清水池水位限制原水经处理构筑物处理后，进入清水池，再由送水泵房将清水池的储存水送至用户。在整个过程中，清水池水位不能低于安全生产最低水位，也不能超出清水池的最高警戒水位。1.利

4、用动态规划方法求解原水泵房优化调度模型通过将时间参数离散化，将原水泵房的优化调度问题转换为一个多目标多阶段的离散决策过程，利用动态规划方法对原水泵房优化调度模型进行求解。1.1状态空间的划分将原水泵房运行费用函数作为主目标函数，将清水池水位进行分段，利用清水池水位分段数和开栗方案的切换次数联合划分状态空间。1.2状态转移函数随着每阶段的决策的执行，指标函数会随之发生变化，可用状态转移函数来衡量指标函数的具体变化。本课题中，共有三个目标函数，即需要建立三个状态转移方程。2.2.1原水泵房的运行费用转移方程：2.2.2清水池的水位转移方程：1.2.3开泵方案切换次数转移方程2.模型求解结果分析

5、采用郑州市某水厂2008年3月28-30日的运行数据进行计算，运用动态规划方法对原水泵房的优化调度问题进行求解。郑州市的分时电价计价方式如表3.1所示，计算结果如表3.2、图3.1、3.2所示。在人工调度中已考虑利用分时电价和清水池容积以降低运行费用的基础上，采用多目标动态规划方法能够进一步优化调度，与实际运行费用相比大约下降1.5-2%。下降幅度不大的主要原因是清水池的调蓄容积有限，仅为水厂日供水量的5%。1.结论泵站优化调度效果的主要影响因素是水池调蓄容积和电价。水池的调蓄容积越大，优化调度的潜力越大；电价分段数越多，各级电价差异越大，优化调度的经济效益越显著。参考文献[1]李虹，孙松

6、，施行峰谷电价后调试水泵供水费用探讨[J].给水排水，1999，Vol.15(4)：35-36.[2]计欣，基于动态规划方法的取水泵站运行调度策略[D].同济大学与环境科学工程学院.2007.