大型梯级泵站一般具有管线长、提水量大、运行时间长、能耗多等特点,不仅在运行调度方面具有较大的优化空间,在机组安全启动和高效运行等方面也具有一定的优化潜力。由于水泵机组运行状态易受振动、机组启动特性、机组启动频繁程度等因素的影响,开展以抽水成本为主要控制目标的优化调度研究,也需要对机组运行可靠性进行分析,并优化机组启动过程,以提高优化调度结果的准确性和可行性。本文基于瞬变流理论和安全性分析,开展大型梯级泵站优化调度研究,为梯级泵站制定合理、经济、可靠的调度运行方案提供了有力的理论依据,具有重要的学术价值和实用价值。本文综合运用泵站经济运行、流体力学、振动信号分析、非线性转子动力学和智能优化算法等理论,结合水泵运行安全性和可靠性分析,研究大型梯级泵站优化调度问题,具体内容如下：1.开展优化调度实时性研究：基于明渠／有压管道等非恒定流方程,采用特征线算法求解梯级泵站首站流量变化时全线水力瞬变问题,并与工程调度经验相结合,确定梯级泵站调度运行时各站间流量滞后时差关系,实现优化调度的实时性。2.针对立式混流泵振动问题,开展水泵运行可靠性对优化调度影响分析：运用HHT方法和转子动力学,从信号分析和数值模拟两方面对叶片全调节立式混流泵异常振动诱因进行研究,并探讨了振动对水泵效率的影响。研究表明,异常振动是由于机组启动时伴生冲击力推动主轴偏移,导致转子不对中运转所引起的,且主轴偏移在机组稳定运行后虽有所减小,但并不会消失；启动伴生冲击力越强越易诱发机组振动,振动越强水泵效率则越低；由于该冲击力是由电机的直接启动方式引起的,改善机组启动方式,降低启动伴生冲击力,不仅可以减弱机组振动,也提高了水泵运行可靠性和优化调度精度。3.针对机组启动方式改变后启动水锤安全问题以及优化调度所引起的机组频繁启动问题,开展叶片全调节立式混流泵启动参数优化研究：将立式混流泵启动过程分为关阀排气过程和蝶阀开启过程两个阶段,分别采用VOF模型和动网格技术进行三维水锤仿真计算,并利用正交试验法开展电机启动时间、蝶阀开启时间和叶片角度等水泵启动过程参数优化配置研究。研究表明：随着电机启动时间的增加,水泵启动水锤最大值逐渐降低,随着蝶阀开启时间增加,水泵启动水锤最大值逐渐上升,另外,由于叶片角度较小时水泵扬程曲线存在马鞍区,叶片角度应选择-3。。4.开展单目标优化调度研究：针对大型梯级泵站运行特点,结合系统瞬变流分析和水泵运行可靠性分析成果,建立以系统抽水成本最小为控制目标,以流量分配为决策变量的单目标实时优化调度模型。进而在粒子群算法的基础上,引入免疫思想,开展混合粒子群求解算法研究。实例研究表明：混合粒子群算法增强了粒子活跃性,扩大了解空间的搜索范围,提高了搜索精度,从而增强了粒子群算法避免“早熟”的能力；梯级泵站最优方案比现行的最优调度方案每日节省成本2.99万元,有效的提高了工程经济性。5.开展双目标优化调度研究：综合考虑抽水成本与机组维修成本等对工程经济性的影响,在假定机组启动次数与机组维修成本呈线性关系的基础上,建立以调度周期内抽水成本最小和机组维修成本最小(机组启动次数最少)为控制目标的双目标实时优化调度模型,并分别采用基于线性加权法的混合粒子群算法和基于Pareto最优解的混合粒子群算法进行求解。研究表明：前者只能获得双目标特定关系下的唯一最优解,当目标权重关系不明时,优化结果可靠性无法确定；而后者则能够反映抽水成本与机组启动次数的内在联系：在日抽水量确定的情况下,随着机组启动次数的增加,抽水成本大致呈现出先减小后增大的趋势,但存在一区域(包含全局最小抽水成本)：随着机组启动次数的变化,抽水成本变化并不明显,该区域即调度方案的最优选择区域。