某高校给水管网优化调度研究.pdf

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1、给水排水工程器WaterSupply&DrainageEngineering某高校给水管网优化调度研究黄永伟，徐得潜，张睿(合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥230009)摘要：合肥某高校室外给水管网有4条进户总管，经3座加压泵站加压供水，针对这一特点，以给水泵站电能费用最小为目标，以满足用户对水量、水压要求为约束条件，建立了给水管网的直接优化调度模型，并运用动态规划法进行求解；编制了给水管网优化调度计算程序，经计算最终确定了最优调度方案。关键词：给水管网；优化调度；动态规划法中图分类号：TU991．35文献标志码：B文章编号：1009—7767

2、(2010)06-0079-03StudyonOptimalDispatchofWaterSupplySysteminaUniversityHuangYongwei，XuDeqian，ZhangRui高校给水系统加压泵站消耗的电能很大。传统的经验调度方式已不适应社会发展的需要，如果采用优化调度。不仅可节约大量能源。而且使管网能在合理状态下运行。既保证供水的要求．也使管网的压力更为合理。给水系统的优化调度是根据管网实时运行状态确定今后一段时期中水泵的运行状况，使泵站电耗为最小。优化调度的核心就是求解一个多目标优化问题，可根据模型的不同，采用不同的求解方法

3、，主要有：①动态规划法【¨。是用于研究多阶段决策问题最优策略的一种有效方法，它的解是全局最优解，应用广泛；②线性规划法I21，可以处理大量的变量和约束，可应用于多水源的复杂给水系统中；③混合离散变量法131，当把水泵开关量及泵站出水量或出水压力一起作为求解变量时，可进行直接寻优，确定系统调度策略，克服二级寻优的协调问题。1给水系统优化调度数学模型针对高校给水管网规模较小、结构简单等特点．可选择建立直接优化调度模型。直接优化调度模型是以各泵站投入运行的水泵单泵流量和开机台数为变量。将水源、泵站及管网作为一个有机整体来建立模型．直接寻求水泵的优化组合方案，

4、在保证管网所需流量和水压的条件下，使泵站电能费用为最小。1．1优化调度数学模型以给水系统加压泵站电能费用最小为目标函数。其数学式表示为：厶=萋∑i=l毋器UZ．TI；T／i。(1)f=Il式中：r为划分的时间段数；n为水泵总数；鼠为第i泵的开关状态，关闭为0，开启为1；E为电费，元／(kW·h)；T为水的密度，N／m3；Q为第i泵的流量，m3／s；见为第i泵的扬程，m；豫为第i泵的水泵效率；硝为电机的效率。约束条件如下：1)供需水量平衡。各水源供水量之和等于管网各节点用水量之和，即：∑Qf=∑绋。(2)式中：Qi为i水源的供水量；吼为k节点的用水量。2

5、)为保证管网系统正常供水，各节点水压应满足最小供水水压：h女≥‰。。(3)式中：‰为k节点的水压；饥．为k节点允许最小自由水头。3)水泵供水能力的约束：12I一≤Q≤Q。。(4)式中：Q为i水泵的供水量；Q．。、Q．为i水泵的允许最小、最大流量。4)调速泵转速范围的约束：啦。．≤玩≤ni．。(5)式中：m为i调速泵的转速；ni一／'t；．为i调速泵的允许最小、最大转速。2010-年第6期(11一)第28巷．幸荭盘木一cr79器给水排水工程WaterSupply&DrainageEngineering1．2求解方法动态规划法【4】是用于研究多阶段决策问题

6、最优策略的一种有效的方法。泵站提水总流量给定，泵站各运行机组之间按能耗最小准则进行流量分配的问题。实质上可看成是一个给定了初始状态变量为a，(泵站总流量)和最终输出状态变量为零的序列问题。它属于动态规划的有界值问题。其数学式表示为：E(Li)=minM(ai)+凡l(￡f—Qi)}；(6)Lf_￡扣l+Qf；(7)E(Li)《(a，)，L。=ar。(8)式中：F为泵站总电能费用；Qr为泵站总水量；Z(f21)为第／阶段，流量为Qi时运行费用；厶为按机组编号累加的提水流量。根据上式，在满足泵站总供水流量的情况下。计算出各种运行方案的电能费用，通过比较，找

7、出电能费用最低的运行方案。2实例计算合肥市某高校校区占地面积199．39万m2，学校现有教职工及各类学生36290余人。学校用水主要包括学生用水，居住小区用水，教学楼、实验楼、行政楼、办公楼以及食堂、澡堂用水。校区地形较为平整。局部偏高[51。给水管网见图1。注：(Dl、2、3、4分别代表屯溪路、宁国路、马鞍山路和九华山路市政水源口；②A、B、C分别代表1号、2号、3号加压泵站；图l合肥市某高校给水管网简图学校给水管网由4条DN200的进水管道同市政给水管网相连接．4个市政水源口分设在屯溪路、宁国路、马鞍山路和九华山路。给水管网用管为普通铸铁管。现有1

8、号、2号和3号加压泵站，每个泵站设有4台水泵。其中1号和3号泵站均采用ISl00—65—200