[發(fā)明專利]服務于大型改擴建供水管網(wǎng)的區(qū)域泵站優(yōu)化選址方法

在審

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• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113642760A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發(fā)明（設計）人: 龍志宏;俞亭超;王銀宇;朱子朋;邵煜;許剛
• 申請（專利權）人: 廣州市自來水有限公司;浙江大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 廣州浩泰知識產(chǎn)權代理有限公司 44476
• 代理人: 楊喆

1.服務于大型改擴建供水管網(wǎng)的區(qū)域泵站優(yōu)化選址方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)選取較大供水工況或平均供水工況作為代表工況進行區(qū)域泵站優(yōu)化選址，

(2)將供水區(qū)域根據(jù)大地坐標均等劃分為N個預選區(qū)域，將原始管網(wǎng)進行水力平差，計算各區(qū)域節(jié)點平均壓力，進行歸一化處理，并從小到大進行排序，前m個區(qū)域作為設置m個泵站時的初始選址區(qū)域，

(3)將主干管作為區(qū)域泵站上游來水候選管段，統(tǒng)計與主干管相連的節(jié)點，形成上游節(jié)點候選集合，并制定下游節(jié)點連接規(guī)則，

(4)設置多組不同加壓泵站數(shù)量條件，建立供水管網(wǎng)區(qū)域泵站優(yōu)化選址模型，運用人工蜂群算法求解不同加壓泵站數(shù)量條件下的區(qū)域泵站優(yōu)化選址方案，

(5)比較不同加壓泵站數(shù)量條件下的最優(yōu)解，得當前管網(wǎng)最優(yōu)區(qū)域泵站數(shù)量及分布方式。

2.如權利要求1所述的服務于大型改擴建供水管網(wǎng)的區(qū)域泵站優(yōu)化選址方法，其特征在于，步驟(2)中，供水區(qū)域等分大小根據(jù)實際管網(wǎng)三級分區(qū)平均大小而定，原始管網(wǎng)各區(qū)域平均壓力歸一化方法如下：

式中，——區(qū)域S_i的平均壓力；

——區(qū)域S_i歸一后結果。

3.如權利要求1所述的服務于大型改擴建供水管網(wǎng)的區(qū)域泵站優(yōu)化選址方法，其特征在于，步驟(3)中，區(qū)域泵站上游候選管段通常選取DN600以上管段，并且在優(yōu)化過程中，泵站位置確定后，上游節(jié)點為候選節(jié)點中與泵站位置最近的節(jié)點，下游節(jié)點為除上游候選節(jié)點以外的與泵站位置最近的節(jié)點。

4.如權利要求1所述的服務于大型改擴建供水管網(wǎng)的區(qū)域泵站優(yōu)化選址方法，其特征在于：

4-1步驟(4)中，供水管網(wǎng)區(qū)域泵站優(yōu)化選址模型的目標函數(shù)如下：

以最小化管網(wǎng)運行能耗年折算費用及區(qū)域泵站基建管理費用為目標，如下式所示：

式中，E——電費，元/kWh；ρ——水的密度；g——重力加速度；

n——第n個水廠，n＝1，2，...N；Q_n——水廠n的供水量；

H_n——水廠n的供水壓力；η_n——水廠n的泵房效率；

m——第m個加壓泵站，m＝1，2，...M；

Q_m——加壓泵站m的供水量；

H_m——加壓泵站m的提升揚程；

η_m——加壓泵站m的效率；

P——年折舊大修費率(％)，P＝2.5～3.0；

4-2步驟(4)中，供水管網(wǎng)區(qū)域泵站優(yōu)化選址模型的約束條件如下：

管網(wǎng)水力平衡方程約束：

G(H，Q)＝0

水廠供水能力約束：

k_minQ′_ni≤Q_ni≤k_maxQ′_ni

式中，Q′_ni——i時刻n水廠原供水量；

Q_ni——i時刻n水廠模型輸出供水量；

k_min，k_max——供水量的上下限系數(shù)，本文取0.75和1.25；

節(jié)點壓力約束：

節(jié)點壓力約束包含各用戶節(jié)點最小服務水頭約束和泵站選址上游節(jié)點最小來水壓力約束(為避免區(qū)域泵站運行對上游壓力產(chǎn)生影響)：

H_j＞H_j，min

H_k＞H_k，min

式中，H_j——節(jié)點j的壓力；

H_j，min——節(jié)點j的最小服務水頭；

H_k——加壓泵站上游節(jié)點k的壓力；

H_k，min——加壓泵站上游節(jié)點k的最小來水壓力；

加壓泵站下游管道管徑約束：

加壓泵站下游管道需要承供泵站輸出水量，其管徑需滿足以下約束：

D_l≥D_l，min

式中，D_l——加壓泵站下游管道l的管徑；

D_l，min——加壓泵站下游管道l的最小管徑；

4-3步驟(4)中，供水管網(wǎng)區(qū)域泵站優(yōu)化選址模型計算過程中使用EPAnet工具完成水力平差。

5.如權利要求4所述的服務于大型改擴建供水管網(wǎng)的區(qū)域泵站優(yōu)化選址模型，其特征在于，步驟4-1中，決定目標值大小的決策變量為區(qū)域泵站的大地坐標與水廠的出廠水壓，泵站位置選定后，以與泵站選址點相鄰最近的三個節(jié)點的平均高程作為泵站的高程。