[發明專利]服務于大型改擴建供水管網的區域泵站優化選址方法

在審

• 申請號: 202110688561.5
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113642760A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（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: 廣州浩泰知識產權代理有限公司 44476
• 代理人: 楊喆

本發明公開了服務于大型改擴建供水管網的區域泵站優化選址方法，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用于區域泵站優化選址；(2)將供水區域均等劃分為N個預選區域，將原始管網進行水力平差，計算各區域節點平均壓力，進行歸一化處理，并從小到大排序，前m個區域作為設置m個泵站時的初始選址區域；(3)制定上下游候選節點選取方式，形成上游主干管節點候選集合。(4)設置多組不同加壓泵站數量條件，建立供水管網區域泵站優化選址模型，運用人工蜂群算法求解不同加壓泵站數量條件下的區域泵站優化選址方案；(5)比較不同加壓泵站數量條件下的最優解，得當前管網最優區域泵站數量及分布方式。

技術領域

本發明屬于城市供水管網區域泵站選址領域，特別涉及服務于大型改 擴建供水管網的區域泵站優化選址方法。

背景技術

區域加壓泵站連接于水廠和用戶之間，使局部地區水壓不足的狀況得 到改善，是供水系統中的重要環節。在城鄉一體化供水改造過程中，區域 加壓泵站的數量及位置對供水管網的安全性和經濟性有重要影響。

目前對區域加壓泵站的研究大多針對泵站內部的優化調度，對于市政 管網中區域泵站的數量、位置的優化研究較少。通常加壓泵站的位置選擇 需要考慮城市供水管網輸出點自由水頭及其到區域加壓泵站間的水頭損 失以及地面高差。而在部分實際供水管網擴建過程中，區域泵站的選址常 常依賴于行政劃區或是僅憑人工經驗，缺乏科學性。在過去的研究中，對 于配水管網區域加壓泵站數量以及位置的選擇大多數融入在供水管網拓撲設計的優化中，通常從機電效率、水力、經濟三個角度考慮優化設計， 從采用非線性規劃法轉變到采用遺傳算法、蟻群算法等仿生算法對優化模 型進行求解。但以優化設計為目的的研究基本上都僅僅停留在以管網設計 施工的成本最小為目標函數，沒有考慮管網運行的能耗成本。也有學者以 泵站基建成本和年運行管理成本最小為目標函數，構建了適合濱江山地地 區供水管網的加壓泵站位置布置模型，效果較好，但使用的是宏觀水力模 型，存在水力誤差。

發明內容

本發明提供了服務于大型改擴建供水管網的區域泵站優化選址方法， 通過人工蜂群算法用于搜索供水管網區域泵站布置方式，實現更經濟的管 網基建及運行能耗成本，和更均勻的壓力分布。

服務于大型改擴建供水管網的區域泵站優化選址方法，包括以下步驟：

(1)選擇代表工況：選取較大供水工況或平均供水工況作為代表工 況用于區域泵站優化選址。

(2)預選區域劃分：將供水區域根據大地坐標均等劃分為N個預選 區域，將原始管網進行水力平差，計算各區域節點平均壓力，進行歸一化 處理，并從小到大進行排序，前m個區域作為設置m個泵站時的初始選 址區域。其中，供水區域等分大小根據實際管網三級分區平均大小而定， 原始管網各區域平均壓力歸一化方法如下：

式中，——區域S_i的平均壓力；

——區域S_i歸一后結果。

(3)制定上下游候選節點選取方式：將主干管作為區域泵站上游來 水候選管段，統計與主干管相連的節點，形成上游節點候選集合。區域泵 站上游候選管段通常選取DN600以上管段，在優化過程中，泵站位置確 定后，上游節點為候選節點中與泵站位置最近的節點，下游節點為除上游 候選節點以外的與泵站位置最近的節點。

(4)優化選址：設置多組不同加壓泵站數量條件，建立供水管網區 域泵站優化選址模型，運用人工蜂群算法求解不同加壓泵站數量條件下的 區域泵站優化選址方案。供水管網區域泵站優化選址模型的目標函數如下：

以最小化管網運行能耗年折算費用及區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；