基于粒子算法的供水管网优化调度控制方法-论文.pdf

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1、系统解决方案基于粒子算法的供水管网优化调度控制方法王永宏，刘文业，俞东丽。(1。娄底自来水公司，湖南娄底417000；2．湖南株洲电力机车研究所有限公司，湖南株洲412001；3．浙江金华职业技术学院，浙江金华321007)摘要：在保证系统供水、用户用水安全前提条件下，运用先进的控制优化技术，从所有各种可能的调度方案中，找到一个供水系统总运行费用为最省的供水调度方案．实现系统总的节能提效要求。采用粒子算法就供水管网闭合优化调度控制问题进行研究，并应用于实践。关键词：优化；调度；供水系统；粒子算法；控制模型0引言文献『1—3]就某供水系统管网动态仿真和计算机自动化优化闭环控

2、制系统．应用改进的遗传算法进行优化调度．取得了较好的控制效果但对于带惩罚项的遗传算法．是否合理设置惩罚项的惩罚系数对寻优结果品质影响较大．而惩罚系数往往与求解问题相关．惩罚值设置过大或过小都不利于进化算法找到可行域的最优解图1某水司供水管网系统控制框图粒子群优化算法(eso1是一种通过追随当前搜索到的最优值来寻找全局最优的智能并行优化算法束条件前提下．通过优化控制各泵站的阀门、水泵开这种算法以其易实现、高精度、快收敛等优点引起了关状态或转速．使得水厂泵站出水量、等效扬程既能学术界的重视．并且在解决实际复杂问题中展示了其满足用户对水量、水压的要求，又能使水泵处于经济优越性其

3、较遗传算法没有“交叉”和“变异”等操作环运行状态，达到高效节能的目的。节，实现规则更为简练。采用粒子算法就供水管网闭2．1优化模型目标函数合优化调度控制问题进行深入研究．数值仿真验证结实现系统供水控制节能．最终目的是降低系统单果．表明粒子算法解决供水调度中的优化控制问题是位供水成本。因此．选取系统供水成本作为优化控制有效的．具备工程推广价值目标函数具有科学性。供水费用一般包含两部分：水厂固有的制水成本．如化学制剂、设备物料、人力资源1供水管网闭环控制原理等：供水过程中所耗的电能．绝大部分消耗在各泵站图1为某水司供水管网系统动态运行模拟和优水泵、阀门等关键运行设备上。优化设

4、计主要针对费化调度过程模型．其包括的主要功能模块有：系统数用的后一部分．设计优化控制模型．减小系统制水能据库平台、需水量预测模块、管网动态水力模型、SCA—耗。DA系统、辅助决策支持系统选定系统各主阀门控制开度、变速泵转差率S、恒速泵开关状态作为控制变量．可得出系统电耗费2系统调度控制优化模型用计算模型：通过供水优化调度来降低系统能耗．首先要设计系统总的优化控制输出模型该模型主要由目标函数Au,sz)：圭旦k(lJ((1)n=lj=lk=1町和约束条件两部分构成[]．其思路是在满足预设的约式中，Ⅳ为控制周期内供水时段数；I，为供水系统水泵数：K为水池数；P为计算系数；e为

5、第n段调度作者简介：王永宏(1978一)，工程师，研究方向为供水信息时间间隔大小；为对应第n时段的阶梯电价；77为水系统及电气自动化控制。泵效率：日为水泵扬程，与任意时刻定速泵启、变速泵转收稿日期：2015．03．11差率及阀门开度相关；p为水泵流量。p与日的关系：33、^n^n^f．chinacaaa．com自动化应用系统解决方案譬曩壤黪毒蠹管f恒速泵H=HRpz【变速泵H=RZHo-RQ2式中，为水泵流量为0时的扬程；R为水泵等效阻尼系数2．2优化控制约束条件在应用优化算法实施优化控制过程中．各控制指令所对应的状态变量应满足预设的约束条件．对于该水司供水闭环控制系统．

6、其控制变量应满足以连续性方程与能量守恒为基础的隐式水力平衡条件：图2改进PSO算法原理(1)初始边界条件约束。流程设计如图3所示．算法寻优终止条件采用最以调度时间周期为单位．要求各调度周期水池大迭代步数限制方案，在寻优结束出口处，得到一组(塔1的初始时段水位与调度末时段水位控制相等：最优解集．按照预设的评价条件进一步校验．例如阀Vki=kk=l，2，⋯K(3)门动作间隔、次数。各泵站水泵先恒速粗调再变速细(2)最小服务水头约束调等，从中选择一组最优控制向量，作为优化结果输问题优化解应满足管网服务区域内的各节点自出。由水压大于要求的最小服务水头。即：min(H。)≥Hi=1

7、，2，⋯N(4)输人系统控制条件．各系数、变量初始化式中，为供水管网规定的最低服务水头；日i为目标函数分解形成初始化微粒种群管网第个节点自由扬程(3)供水流量约束各子群独自完成进化．形成子群最优解集当泵站内部的水泵配置不甚合理时．容易出现水泵处于低效运行的情况．因此增加水泵的流量上限和群共享．形成总群全局最优解集下限约束．根据水泵的运行特性曲线．使各水泵运行效率处于最佳范围：子群间粒子交换、更新．形成新的子群minQJ≤QJ≤maxQjj=l，2，⋯J(5)(4)水池f塔1水位约束。为避免水池f塔1出现放空和溢流的情况，需要设