[發明專利]一種調水工程泵后閥最優調控方案制定方法

有效

• 申請號: 202110983527.0
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113705120B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 鄭英;郭小雅;孫博
• 申請（專利權）人: 山東省調水工程運行維護中心
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/18;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 劉彬

1.一種調水工程泵后閥最優調控方案制定方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1，整理沿線流量、壓力、水位以及水泵、泵后閥運行狀態、水力機械監測數據，率定并驗證得到符合調水工程實際運行的水力學仿真模型；

S2，根據加壓提水調水工程瞬變過程安全的需求，建立耦合水力學仿真模型的調水工程泵后閥優化調控模型，優化調控模型生成的決策變量為水力學模型的輸入，水力學模型計算的瞬變過程系統最大壓力、最小壓力、機組最大倒轉速為優化調控模型的目標函數所需變量；

S3，利用并行算法和NSGA-Ⅱ優化算法求解耦合水力學仿真模型的調水工程泵后閥優化調控模型，確定并行域及求解步驟，尋求泵后閥優化調控方案集；

步驟S1具體包括：

S11，結合調水工程拓撲結構圖，利用特征線法建立加壓提水調水工程管道內部節點數學模型、管道連接邊界、水泵邊界、空氣閥邊界、泵后閥邊界以及上、下游水池邊界模型；

S12，分別選取兩組包含工況變化的持續10分鐘的步長為0.01秒的水情、水力機械監測數據，并以其中一組上、下游水池水位監測數據作為上、下游邊界，沿線各監測點流量、壓力作為率定管道糙率、閥門以及水泵特性的參考，另外一組作為驗證，并控制驗證誤差在10％以內，以得到符合調水工程實際運行的水力學仿真模型；

步驟S2具體包括：

S21，根據加壓提水調水工程瞬變過程安全的需求，確立瞬變過程系統最大壓力最小化、最小壓力最大化、機組最大倒轉速最小化三個目標函數：

(1)系統最大壓力最小化：

min(H_max)

(2)系統最小壓力最大化：

max(H_min)

(3)機組最大倒轉速最小化：

max(n_min)

式中：H_max、H_min分別為系統在瞬變過程中沿線最大壓力和最小壓力，n_min為泵站機組事故停電時水泵的最大倒轉速，倒轉速為負值；

S22，根據泵后閥的制造要求以及泵站事故停機、閥門拒動工況下0流量出現的時刻，得到泵后閥關閉規律中決策變量快關斜率、快關時間以及總關閉時間的約束條件；

S23，通過將優化調控模型生成的決策變量傳遞給水力學仿真模型，將水力學仿真模型計算的瞬變過程系統最大壓力、最小壓力、機組最大倒轉速傳遞給優化調控模型，實現模型間的耦合；

所述泵后閥關閉規律中決策變量快關斜率、快關時間以及總關閉時間的約束條件為：

(1)泵后閥快關時長t₁應大于可操控的最短時長t_{c_min}，總關閉時長t₂應小于可實現的最長操控時長t_{c_max}：

(2)對于先快后慢關閉規律，為減少不必要的搜索，還需滿足：

其中，k為快關斜率；

(3)對于系統的極值，需要滿足規范的要求：

H_max≤H_{s_max}＝1.3H_{w_max}

H_min＞-7.5m

n_min＞-1.2n_r

式中，H_{w_max}為沿線穩態最大壓力值，n_r為水泵額定轉速。

2.根據權利要求1所述的調水工程泵后閥最優調控方案制定方法，其特征在于：步驟S3具體包括：

S31，確定求解耦合水力學仿真模型的調水工程泵后閥優化調控模型的并行域；

S32，確定基于并行和NSGA-Ⅱ優化算法的求解流程；

S33，計算得到泵后閥優化調控方案集。

3.根據權利要求2所述的調水工程泵后閥最優調控方案制定方法，其特征在于：確定基于并行和NSGA-Ⅱ優化算法的求解流程位：種群初始化、種群約束條件并行處理、種群目標函數并行計算、非支配等級排序、擁擠距離計算、選擇、交叉算子、變異過程并行計算生成子代、父代子代融合、新父代的生成。