平原圩区排涝泵站群常规调度优化方法研究

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平原圩区广泛分布于上海及江苏苏南等地区;区内沿堤设置的排涝泵站装机容量小、设备简单但数量众多。开展平原圩区排涝泵站常规调度方案优化研究对排涝泵站群常规调度预案编制、降低泵站群运行成本、提升圩区管理水平具有重要的理论意义和实用价值。  本文在总结梳理国内外泵站并联站群优化运行理论方法的基础上,结合平原圩区水系和排涝泵站群分布特点,以圩区排涝泵站群总能耗最小为目标,应用正交试验选优方法,借助动态规划、大系统分解—聚合等系统分析方法和非恒定流水动力模型,开展了圩区排涝泵站群常规调度方案的优化研究,提出了平原圩区排涝泵站群常规调度优化方案的编制方法。取得的主要研究成果如下:  (1)在深入分析圩区水系和排涝泵站群分布特征基础上,完成了圩区排涝泵站群常规调度优化可行性研究,提出了平原圩区排涝泵站群常规调度方案的优化思路,即:针对排涝泵站群常见的有限种排涝工况组合,利用优化方法逐一编制常规调度优化方案,让平均效率较高的泵站尽可能长时间地在高效时段运行,由此实现确定外排水量下排涝泵站群总排涝能耗最小的优化目标。  (2)在概括分析影响圩区排涝工况主要因素的基础上,通过总结圩区历史排涝调度记录规律,制定了分类标准,涵括了平原圩区常规排涝调度工作中可能出现的各种工况的典型特征。对各类排涝工况,逐一提出对应的的排涝泵站群优化运行目标和总体要求,便于在编制平原圩区排涝泵站群常规调度优化方案过程中顺利引入系统分析模型。  (3)根据平原圩区排涝泵站分布特点,提出了“总运行能耗最小单目标试验选优、圩区内、外河水位限制多目标模拟去劣”的平原圩区排涝泵站群常规调度优化方案编制方法。以泵站(组)为试验因素、各泵站(组)有限种运行规则为试验水平,选择合适的正交表安排正交试验方案。为获得每组试验方案下最低排涝能耗及对应的各排涝泵站(组)的实际运行时长,提出了2种系统分析解决方案:对不受潮汐影响的圩区提出通过建立一维动态规划模型并求解的方法;对受潮汐影响的圩区提出通过建立大系统一分解聚合模型并求解的方法。对各组试验方案的试验结果开展正交分析,根据分析结果可获得总排涝能耗从低到高排列的圩区排涝泵站群常规调度优化方案序列。应用一维非恒定流水动力模型逐一模拟优化方案序列,根据圩区内、外河水位限制条件去除不满足要求的方案,剩余方案中总能耗最低的即为平原圩区排涝泵站群在指定排涝工况下常规调度最优方案。结合实例,分别选取了不受潮汐影响和受潮汐影响的两类典型圩区,给出了指定排涝工况下圩区排涝泵站群常规调度优化方案编制的全过程,并对优化结果开展了定量或定性评估,取得了预期效果。  (4)考虑到基层圩区管理部门管理人员技术水平的差异,提出了“总运行能耗最小单目标试验选优、泵站实际排水能力及圩区内、外河水位控制要求限制多目标去劣”的简化优化方法。简化优化方法在开展正交试验时不考虑各泵站(组)的实际排水能力限制,让所有泵站(组)按照确定的运行规则排水,以排水总量达到圩区需外排水量时停止试验,统计试验停止时各泵站(组)的运行能耗总和作为试验结果,各泵站(组)的的实际开机历时通过计算过程的反溯获得。在成功获得优化调度方案序列后,利用泵站(组)实际汇水能力与计算排水量进行比较;然后利用圩区内、外河水位限制条件进一步进行备选方案的筛选;剩余方案中总能耗最小的方案即为该圩区排涝泵站群指定排涝工况下的最优调度方案。结合实例应用,验证了简化优化方法的有效性和实用性。
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