[發(fā)明專(zhuān)利]基于正交試驗(yàn)-動(dòng)態(tài)規(guī)劃組合算法的一組考慮開(kāi)停機(jī)損耗的泵站控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111305303.0
• 申請(qǐng)日: 2021-11-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114033713A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程吉林;程浩淼;王夢(mèng)磊;龔懿;汪靚;陳興;仇錦先
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 揚(yáng)州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F04D15/00
• 分類(lèi)號(hào): F04D15/00;G06F17/11;G06F17/15;G06F17/18
• 代理公司: 南京蘇科專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 32102
• 代理人: 董旭東;陳棟智

1.一種基于正交試驗(yàn)-動(dòng)態(tài)規(guī)劃組合算法的一組考慮開(kāi)停機(jī)損耗的泵站控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)建立模型：建立以開(kāi)機(jī)運(yùn)行總耗電費(fèi)用最少min F為目標(biāo)函數(shù)，各時(shí)段開(kāi)關(guān)機(jī)變量k_i、葉片安放角θ_i、水泵轉(zhuǎn)速n_i中的兩個(gè)或三個(gè)為決策變量，同時(shí)需滿(mǎn)足規(guī)定時(shí)段內(nèi)的提水總量約束和電動(dòng)機(jī)額定功率約束；

步驟2)求解模型：采用基于正交試驗(yàn)-動(dòng)態(tài)規(guī)劃組合算法對(duì)上述模型進(jìn)行優(yōu)化求解，得到理論最優(yōu)值并輸出結(jié)果信息，包括，時(shí)均揚(yáng)程H_i、不同時(shí)段的開(kāi)關(guān)機(jī)狀態(tài)k_i、不同時(shí)段的葉片安放角θ_i、水泵轉(zhuǎn)速n_i、時(shí)段流量Q_i、裝置效率η_i、時(shí)段提水量；

步驟3)控制泵站：根據(jù)上述各參數(shù)對(duì)泵站進(jìn)行控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于正交試驗(yàn)-動(dòng)態(tài)規(guī)劃組合算法的一組考慮開(kāi)停機(jī)損耗的泵站控制方法，其特征在于，步驟1)建立模型具體包括：

建立模型一，以開(kāi)機(jī)運(yùn)行總耗電費(fèi)用最少min F為目標(biāo)函數(shù)，各時(shí)段開(kāi)關(guān)機(jī)變量k_i和葉片安放角θ_i為決策變量，同時(shí)需滿(mǎn)足規(guī)定時(shí)段內(nèi)的提水總量約束和電動(dòng)機(jī)額定功率約束；具體優(yōu)化模型如下：

目標(biāo)函數(shù)：

約束1提水總量約束：

約束2額定功率約束：N_i(θ_i)≤N₀ (3)

式中：F為單機(jī)組1日運(yùn)行的能耗費(fèi)用；i為機(jī)組運(yùn)行的第i時(shí)段；ρ為水密度；g為重力加速度；H_i為第i時(shí)段的平均揚(yáng)程；Q_i(θ_i)為在第i時(shí)段的水泵流量，當(dāng)日均揚(yáng)程H_i一定時(shí)，其為葉片安放角θ_i的函數(shù)；ΔT_i為第i時(shí)段的時(shí)間長(zhǎng)度(h)；P_i為第i時(shí)段的電價(jià)；c為懲罰單價(jià)；W_i(k_i,θ_i)為單機(jī)組i時(shí)段提水量；W_e為單機(jī)組日提水總量(萬(wàn)m³)；η_zi(θ_i)指水泵裝置效率；η_mot、η_int、η_f分別指電動(dòng)機(jī)效率、傳動(dòng)效率和變頻效率；η_zi(θ_i)與第i時(shí)段流量、揚(yáng)程有關(guān)；在負(fù)荷大于60％時(shí)，可以認(rèn)為電動(dòng)機(jī)效率(η_mot)基本不變，大型電機(jī)的η_mot值在94％左右；直連機(jī)組的傳動(dòng)效率η_int為100％；大功率PWM高壓變頻器的變頻效率η_f在96％左右；N_i(θ_i)為第i時(shí)段對(duì)應(yīng)葉片安放角θ_i的實(shí)際功率，其應(yīng)小于等于電動(dòng)機(jī)額定功率N₀；

步驟2)中求解模型一具體為：

Step1：選擇開(kāi)機(jī)狀態(tài)k_i，根據(jù)其可行域范圍，確定其離散水平，將其離散為t個(gè)點(diǎn)，構(gòu)建拉丁方正交表L_p(t^q)；其中，t為對(duì)應(yīng)決策變量在其對(duì)應(yīng)可行域內(nèi)離散的水平個(gè)數(shù)，其應(yīng)為素?cái)?shù)或素?cái)?shù)冪；q為該正交表最多可以安排變量的維數(shù)，即q≥n-1；n為決策變量的個(gè)數(shù)；p為按照L_p(t^q)型正交表，在全部組合t^q中，抽樣選取的試驗(yàn)樣本個(gè)數(shù)；p、t、q之間需滿(mǎn)足以下關(guān)系。

p＝t^v (4)

p≥(n-1)(t-1)+1 (6)

式中，V為任意整數(shù)；

Step2：通過(guò)正交表進(jìn)行確定性抽樣，并將獲得的每一種組合代入模型中，獲得一個(gè)決策變量θ_i的動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型，并進(jìn)一步通過(guò)一維動(dòng)態(tài)規(guī)劃求解，具體計(jì)算過(guò)程如下：

①對(duì)于一臺(tái)葉片全調(diào)節(jié)或轉(zhuǎn)速可調(diào)機(jī)組，根據(jù)時(shí)段i關(guān)系，將模型分解為具有SN階段的一維動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型問(wèn)題，該模型以各時(shí)段葉片角θ_i決策變量，以泵站能耗最小為目標(biāo)函數(shù)，滿(mǎn)足式2-3的約束條件。

②階段1：i＝1

λ₁可按工程運(yùn)行要求進(jìn)行離散，其順序遞推方程為：

任意階段：i≤SN

式中，k_i已知；θ_i可在其可行域范圍內(nèi)離散；

③依次對(duì)以上各階段進(jìn)行求解可得：最優(yōu)θ_i值；將正交抽樣所得的每一組k_i值帶入模型并求解θ_i，可得p組優(yōu)化方案及其目標(biāo)值；

Step3：正交分析，對(duì)方案進(jìn)行正交分析：計(jì)算各決策變量離散水平與對(duì)應(yīng)目標(biāo)均值的數(shù)值關(guān)系，篩選出所求目標(biāo)值的決策變量最好水平，確定理論最優(yōu)值并輸出結(jié)果信息，包括，時(shí)均揚(yáng)程H_i、不同時(shí)段的開(kāi)關(guān)機(jī)狀態(tài)k_i、不同時(shí)段的葉片安放角θ_i、時(shí)段流量Q_i、裝置效率η_i、時(shí)段提水量和運(yùn)行總耗電費(fèi)用min F。