基于阀门调节技术的城市给水管网系统优化调度研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文行和优化调度计算和管理阶段：利用优化设计、优化调度和计算机技术，提高运行效率和数据资料和管理水平：自动化运行和管理阶段：由计算机总控系统进行远程控制、远程数据传输和程序控制，实现源水水质、水位监视、管理优化调度、系统运行核算等给水系统全过程运行模拟、控制和管理。在此基础上，1976年，美国人Robert提出了最早的管网调度宏观模型：“比例负荷”模型‘21。此后，西方发达国家的专家学者纷纷开展了给水系统建模的研究，比如国内外许多学者致力于这项研究，如国外的学者Ormsbee，

2、TarquinandDowdy等。在借鉴国外建模的基础上，我国的专家学者，如王训俭、赵洪宾、赵新华、姜乃昌等人，也进行了卓有成效的探索，目前主要有三种宏观模型：不受比例负荷限制的宏观模型、时段宏观模型和理论．经验模型‘171。出此外，赵洪宾，刘遂庆等人对于管网的微观模型也做了一个详尽的研究。国外的学者将调度模型分为五种‘311．．质量平衡模型较早采用质量平衡模型的，是针对一个单水塔的给水系统的研究，质量平衡是指进入系统的水量等于系统需求量和水塔中水量变化量。如果有可行的泵组合能满足想要的水塔水量，并假设

3、水塔水位在某个变化幅度下所有节点的水压都能满足，可以使用“质量平衡模型”。现在已发展了多维质量平衡模型，模型包括建立多个水塔流量和泵站流量之间的加权函数关系，相关的权可以通过线性回归¨91或非线性函数线性化‘2伽求得。归为宏观模型。2．回归模型如果不用简单的质量平衡模型，可以用一系列非线性回归方程来描述系统的非线性水力特性。建立模型时，可设定不同的水塔水位及负载，然后通过校核的模拟模型获得回归曲线Ⅲ】。或者通过实际的运行数据获得回归曲线。回归模型的优点在于，它能一定程度上拟合系统的非线性特性。归为宏观模

4、型。3．简化的网络水力模型是非线性回归模型及完全的非线性管网模型的中间形式。在这种形式中，管网水力模拟可以使用近似的管网宏观模型，或使用线性化的水力方程进行分析。归为宏观模型。4．完全的水力模拟模型即微观模型。管网模拟模型能描述配水系统的非线性动力特性，一般通过求解一系2太原理工大学硕上研究生学位论文列的水力方程来完成，其主要的控制方程为管网的连续性方程和能量方程。5．神经网络模型这是近年来发展起来的一种新型模型。由于全水力模拟模型的计算复杂，可以用神经网络替代它对系统反应进行描述，首先对神经网络进行离

5、线训练，然后替代管网模型使用。供训练神经网络的数据来源于校核好的水力模拟模型。另外，神经网络也可用来自SCADA系统的实时的或记录的数据进行在线训练。1．2．2各模型的特点给水管网模型大体上分为两类，一类为宏观模型，另一类为微观模型。给水管网宏观模型的其建立是在管网的简化基础之上，表示管网水量与水压函数的简单模型，计算方便快捷，但忽略了给水系统的网络拓扑结构，并不能了解非测压点、非监测管段流量或阀门等信息。微观模型是按照管网实际情况，包括管网所有元素(管段、阀门、水泵等)，不做任何简化所建立的模型。微观

6、模型要求管网拓扑结构清楚，资料档案比较齐全，反映给水系统结构的真实性，能用于配水系统中的日常维护与管理工作；缺点是建模工作量大14】。但随着GIS，SCADA等数据采集系统和管网管理的规范化，微观模型在管网建模中的优点体现出来。本文是研究基于阀门开启度的管网模型，需要管网的真实的拓扑结构，能够反映管网的元素的变化问题，但是由于管网微观模型的结构非常复杂，因此为了研究的方便，需要进行管网模型的适当的简化。1．3课题的提出和意义1．3．1课题的提出目前，给水管网的调度主要通过泵站来实现，通过不同的开泵方案、

7、变速泵的不同转速以及通过蓄水池或水塔的管理策略进行调度。但在实际上，由于管网在运行和管理上，以及当地的地形等特点，使得管网系统的压力不平衡，这种不平衡通过泵站的调度，满足少量不利点水压要求，使多数节点承受不必要的高压力，从而造成能耗的巨大浪费意义，所以调度的意义并不是很大。在管网的传统水力计算中，阀门是作为局部阻力的一个部分存在，由于其对于管网的系统而言，影响不大，因此往往在管网的调度中，忽略了阀门的影响。而在实际上，在管网中的阀门经常处于非全开状态，而非全开阀门的阻力系数是阀门全开时的几十倍，甚至上百

8、倍，如果管网模拟计算仍然忽略阀门水头损失，其结果可能与实际情况相3太原理工大学硕士研究生学位论文差甚远【4】因此必须把阀门的局部阻力计算加入到给水系统的水力计算中。在给水管网系统的运行中，阀门(流量控制阀，压力控制阀，闸阀等)的存在能够调节管段上的流量和压力。阀门作为管网的重要的调节元素出现，是因为城市供水管网中实际阀门关闭时对供水效果的影响远比利用传统水力模型分析的状态要严重垮】。现在国内把阀门作为调度的主要元素考虑，主要是在管网发生爆管