[发明专利]长距离大流量输水系统过渡过程的阀门关闭优化控制方法

权利要求书

1.一种长距离大流量输水系统过渡过程的阀门关闭优化控制方法，其特征在于，所述方法包括：

S1，建立长距离大流量输水工程水力过渡过程仿真模型

首先，将管道系统非恒定流的水锤偏微分方程，沿其特征线变换为常微分方程，再近似地变换为差分方程进行数值计算；

然后，确定建立仿真模型的边界条件；所述边界条件包括上游边界条件、下游边界条件、缓闭止回阀边界条件、排气阀边界条件和泵站边界条件；

最后，建立仿真模型；所述仿真模型包括泵边界计算模型和管道连接数学模型；

S2，寻求可行域

在泵站水锤两阶段关阀的基础上，采用试算法从关闭时间、角度变化对第一段关阀寻求可行域；

将泵站水锤两阶段关阀的第一阶段关阀分为两小段，以管路的最大压力、最小压力、水泵倒流倒转值为指标，两小段的阀门关闭时间及关闭角度为变量，利用所述仿真模型计算得到指标范围在小于两阶段关阀中快关的指标变量值，将指标变量值作为可行域的区间；

S3，寻求最优可行域

根据步骤S2中得到的可行域区间，用最优化区间搜索法在可行域区间内逐步搜索，得到在设计范围以内浮动的最优可行域，终止计算，完成长距离大流量输水系统过渡过程的阀门关闭优化控制。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，将管道系统非恒定流的水锤偏微分方程，沿其特征线变换为常微分方程，再近似地变换为差分方程，具体按照下述步骤实现：

水锤基本微分方程中的运动方程为方程(1)：

L 2 = g ∂ H ∂ x + V ∂ V ∂ x + ∂ V ∂ t + f V | V | 2 D = 0 - - - ( 1 ) ]]>

水锤基本微分方程中的连续方程为方程(2)：

L 1 = V ∂ H ∂ x + ∂ H ∂ t - V s i n α + a 2 g ∂ V ∂ x = 0 - - - ( 2 ) ]]>

利用特征线法将运动方程和连续方程联立求解、简化后得到特征线方程，方程(3)为以为特征线的特征线方程，方程(4)为以为特征线的特征线方程：

C + : d x d t = a d H d t + a g A d Q d t - Q A s i n α + f a Q | Q | 2 gDA 2 = 0 - - - ( 3 ) ]]>

C - : d x d t = - a d H d t - a g A d Q d t - Q A s i n α - f Q | Q | 2 gDA 2 = 0 - - - ( 4 ) ]]>

对方程(3)和方程(4)进行积分并求解可得：

C+:Hi＝CP－B×Qi (5)

C－:Hi＝CM+B×Qi (6)

其中，CP和CM分别采用公式(7)和公式(8)计算：

CP＝Hi-1+BQi-1-GQi-1|Qi-1| (7)

CM＝Hi+1-BQi+1+GQi+1|Qi+1| (8)

H为沿程水头，V是平均速度，g为重力加速度，f是达西-威斯巴哈摩擦系数，α为管道中心线与水平线的夹角，D为管道直径，a是波速，x为水锤波传播距离，t为传播时间，Q为管道流量，i为管段上的结点号，B为特征阻抗，G为常数，A为管道横截面面积。