新型式灌区除水泵站从运作模型的改良

新型式灌区除水泵站从运作模型的改良

 

按开机机组总耗能最少建立数学模型时，将整个排水区或单个自成体系、封闭的排水片内所有分散的泵站看成1座虚拟泵站，再利用站间模型进行优化。对于一般中小型泵站，机组耗能所占比例较大，其它电器设备所占耗能比重与机组耗能相比可忽略不计，因而，建立目标函数如下：

　　min N = n i= 1 N i（1）中： N为开机水泵总耗能； N i为单机耗能。流量约束：t i= 1 Q i Q u（2）式中： Q i为单机流量； Q u为实际排涝流量。对于上述问题的求解，可依据各机组单机功率的大小，依据不同的机组组合投入运行，满足流量要求时功率最低的组合即为所求。

　　按能耗率最低原则确定开机机组的数学模型目标函数：

　　min E n = t i= 1 E i t i= 1 Q i（3）流量约束：t i= 1 Q i Q u（4）开机台数约束：t T（5）式中： E n为开机机组组合能耗率； E i为单机功率； t为实际开机台数； T为整个泵站水泵总台数。按装置效率最大法确定水泵组合模式的数学模型。装置效率最大法寻优的核心思想是将位于不同泵站内的水泵视同为位于同1座泵站内，即整个排水区只有1座虚拟泵站，在此基础上考虑泵站内不同的装机机组扬程、叶片安装角等对流量等影响。采用按装置效率最大法求解时，确定最优运行的方式是按照各机组装置效率的高低，由高到低投入运行，直至满足流量要求。

　　用动态规划法确定水泵组合模式的数学模型。由于工况不可调水泵机组运行特征为离散运行，泵站出流量仅限于参与运行的水泵数量，因此，对式（3）数学模型，采用动态规划法进行机组组合寻优较为方便。对于上述模型，可采用动态规划的方法求解，求解时将每台机组作为一个决策阶段，按顺序编号，可采用逆向推行法计算。根据状态变量所具有的特性，选择按照机组号累加的抽水流量为状态变量；各机组的流量Q i为决策变量。开机， Q i为定值，否则为0.

　　孤山灌区共分为2个大的排水区，现状排水标准为10年一遇的降雨，雨后1 d排除。但在日常运行时，排水区遇到不足10年一遇降雨时，现有排涝能力将出现盈余。例如，当排水区遭遇5年一遇降雨时，采用平均排除法计算排涝流量，计算得第一区中的自成排水体系的竖河大港排水片排水流量为6. 25 m 3 / s.竖河大港排水片主要涉及泵站机组的特征见所示。1、2机组，进出水条件相同；3、5机组，边侧机组，进水条件较差； 4机组，中间机组，进水条件较好。

　　1）按开机机组总耗能最少确定水泵机组组合模式在满足流量要求的前提下，按泵站总耗能最小求解结果如2所示。由2可知，采用泵站总耗能最少为目标函数时，水泵组合为1+ 2+ 3或1+ 2+ 4。

　　2）按装置效率最大法确定水泵组合模式在定扬程4. 0 m条件下，排除5年一遇涝水6. 25 m 3/ s，按照各机组装置效率的高低，由高到低投入运行。排涝泵站机组组合运行状况如3所示。

　　3装置效率最大法确定水泵组合模式计算结果表

　　由3可知，选择满足排除5年一遇涝水6. 25 m 3 / s时，采用装置效率最大法确定的排涝泵站机组组合为1+ 2+ 4号机组，此组合耗能率最低。

　　3）用动态规划的方法确定水泵组合模式采用动态规划法确定的水泵组合模式时，为减少可能的组合数，具体计算过程中，按照实际需要流量4. 84，不满足要求6. 25 m3/ s，初定机组台数3 5台。如4所示。

　　由4可知，采用动态规划的方法确定水泵组合排除5年一遇涝水6. 25 m 3 / s的排涝泵站机组组合为1+ 3+ 4+ 5号机组的组合，此组合耗能率最低。

　　结论

　　1）对于工况不可调水泵机组，在进行优化运行模式研究时一般不采用最小消耗功率法，而是采用最小能耗法进行优化，所得优化结果经实际运行检验，与实际情况较为吻合。2）以能耗率最低为目标函数进行水泵组合优化时，采用装置效率最大法理论认为水泵机组优化时只需将水泵机组按效率高低依次投入运行，满足流量要求即可。在符合流量条件时，参与排除涝水的的水泵1 + 2+ 4符合上述理论，但从动态规划的结果可以看出，当增加1台水泵，即组合为1 + 3+ 4+ 5时，其出流量更高，能耗率反而更低，而此组合并非单机效率最高的机组组合，因此，实际运行中，可以认为当单机效率相差不大时，采用动态规划法比采用装置效率最大法具有更大地可靠性。

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