船行灌区并联泵站优化运行研究

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推进节能减排,对实现我国中长期碳中和目标具有重要意义。但是,我国目前仍有大量灌排泵站依然低效率运行。过去对泵站(群)的优化运行研究主要集中在诸如南水北调等大型调水工程,而对面广量大的大中型灌区提水泵站关注不够。为此,本文结合新一轮大型灌区现代改造需求,开展大中型提水灌区灌溉泵站优化运行研究,具有重要应用推广价值。本文针对大中型提水灌区特点,以由半变角水泵组成的并联泵站(群)为研究对象,提出了提水灌区叶片半调节水泵组成的并联泵站(群)优化运行数学模型。该模型以灌区并联泵站(群)提水灌溉时的总功率最小为目标函数,以各台机组的开机组合和叶片安放角度为决策变量,以灌区不同灌溉工作制度所需泵站(群)的引提总流量、水泵机组的最大运行功率、水泵的最大提水流量等作为约束条件。根据模型的特点,本文提出了求解并联泵站(群)叶片半调节优化运行的大系统分解—动态规划聚合法,即以各座泵站的提水流量为协调变量,将原模型分解为独立的泵站站内多机组叶片半角调节优化运行的子系统,对子模型采用经典的一维动态规划算法进行求解;进而对子系统优化成果聚合大系统模型,该聚合模型同样可采用动态规划求解。该优化方法对具有类似构造特点的数学模型,具有一定的参考价值。本文以江苏省宿迁市大型提水灌区船行灌区的并联泵站群(船行一站、船行二站,以及徐洼站、秦沟站)优化运行为研究对象,根据农田水利学的计算结果,对灌区水稻泡田期的灌溉(100m3/亩)和水稻生育期的灌溉(50m3/亩、40m3/亩、30m3/亩)共四种灌水定额,开展泵站常规运行和叶片半角调节优化运行的比较分析。在满足水稻泡田与生育期灌溉需求时,采用泵站(群)叶片半调节优化运行与设计工况叶片不调节运行相比,泵站机组功率可降低5.20%~14.68%,验证了采用泵站优化运行可以起到很好的节能效果。最后,本文应用Visual Basic软件,基于Windows平台,BASIC编程语言,开发了船行灌区并联泵站优化运行决策支持系统计算模块,模块具有根据实际灌溉需求快速计算泵站运行最优决策的功能,可为大中型提水灌区管理者在灌区灌溉时的泵站运行决策提供参考,推动灌区泵站运行决策智能化,促进灌区节能减排的发展,对其他使用类似由叶片半调节水泵组成的并联泵站(群)系统的提水灌区具有一定的参考意义。
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