[发明专利]基于协调算法的灌区渠系实时配水方法

权利要求书

1.基于协调算法的灌区渠系实时配水方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：根据灌区用水户的用水需求进行需水量的上报，根据干、支、斗三级渠道水利用系数和田间水利用系数计算灌区用水户需水量，所述灌区用水户包括生活供水、农业灌溉配水和工业用水；

步骤S2：当灌区总水量≥用水户需水量总和时，直接按照用水户需水量进行调配；

步骤S3：当灌区总水量＜用水户需水量总和时，建立实时配水调度模型，所述配水调度模型的非线性离散时间系统状态方程如下：

x_i(k+1)＝f_i(x_i(k),u_i(k),z_i(k),k)

x_i(0)＝x_i0

其约束条件如下：

目标函数如下：

其中，x_i(0)是第i个用水户的初始流量状态，x_i是n_i维用水户的流量状态向量，u_i是m_i维用水户闸门开度向量，z_i是各用水户之间的r_i维相互影响向量，H_ji为第i个用水户对所在渠系等级j的影响；k是用水户的时间状态量，N_f是未来某一时刻的时间状态量，N是用水户的数量，h_i是用水户在N_f时刻状态下对干渠水量分配影响程度的关系函数，g_i是用水户在k时刻状态下对支渠水量分配影响程度的关系函数；

步骤S4：利用步骤S3构建的目标函数建立拉格朗日函数，在拉格朗日函数中引入共态变量，构建哈密顿函数求出各用水户分配水量的最优解；

步骤S5：根据步骤S4得到的最优解，对各用水户所分配的流量和闸门开度进行调度，实现灌区实时配水调度；

所述步骤S1中灌区用水户的需水量预测计算方法如下：

农业灌溉配水需水量预测：

其中，W_支s为第s条支渠分水口的毛需水量，单位为m³；K'为第s条支渠下的斗渠数；η_k′-s为第s条支渠下第k'条斗渠分水口到第s条支渠分水口之间的渠道水利用系数；

其中，W_斗k′为第s条支渠下第k'条斗渠分水口的毛需水量，单位为m³；J为第k'条斗渠下的农渠数；η_j′-k′为第k'条斗渠下第j'条农渠分水口到第k'条斗渠分水口之间的渠道水利用系数；

其中，W_农j′为第k'条斗渠下第j'条农渠分水口的毛需水量，单位为m³；I为第j'条农渠灌溉的农田数量；A_ji为第j'条农渠灌溉的第i'个农田面积，单位为亩；M_j′i′为第i'个农田面积的灌水定额，单位为m³/亩；η_农j′为第j'条农渠的平均水利用系数，η_田为田间水利用系数；

生活供水需水量预测：

其中，W_活a为第a个水厂取水口的需水量，m_ab为第a个水厂取水口的第b个抄表流量，η_活ab为第a个水厂取水口的第b个抄表流量计量系数；

工业用水需水量预测：

其中，W_工c第c个工厂取水口的需水量，m_cd为第c个工厂取水口的第d个抄表流量，η_工cd为第c个工厂取水口的第d个抄表流量计量系数；

所述步骤S4具体为：

将目标函数引入拉格朗日乘子向量λ_i,i＝1,2,…，N，将约束条件归入目标函数，构成拉格朗日函数,

根据拉格朗日对偶原理，L(x,u,z,λ)存在鞍点，则目标函数等价于

s.t.x_i(k+1)＝f_i(x_i(k),u_i(k),z_i(k),k)

x_i(0)＝x_i0

按时间指数k对第一级斗渠进行分解，对用水户i用共态变量p_i表示，构建哈密顿函数，

则最优条件为

在第一级上，当λ＝λ^*,p＝p^*时，由条件

可以得到

x_i(0)＝x_i0

x_i(k+1)＝f_i(x_i(k),u_i(k),z_i(k),k)

i＝1,2,...,N k＝0,1,...,N_f-1

第二级支渠的协调任务是更新p_i，由条件第l步的协调向量为

第三级干渠更新λ的值，利用梯度法或共轭梯度法，由最优条件和第三级干渠上第l次迭代协调向量为

当两级的误差接近于零时，所得的解为模型的最优解。