[发明专利]一种梯级泵站调水工程甩站优化调度方法

摘要

本发明涉及一种梯级泵站调水工程甩站优化调度方法，包括对泵站进行甩站可行性分析；判断是否可以甩站；形成甩站运行可行域；构建甩站优化调度模型；优化调度结果；构建甩站调控模型；形成甩站调控方案。本发明建立适用于梯级泵站调水工程在特定时期（工程试运行期或水源地可供水量较少时）小流量输水工况下的甩站优化调度方法，能根据实际工况优化参与调水的泵站级数，降低运行成本；同时优化甩站相邻泵站的运行工况，合理分配泵站扬程，进一步节能降耗，为实际调度提供科学依据和技术支撑。

主权项

一种梯级泵站调水工程甩站优化调度方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：对泵站进行甩站可行性分析的步骤：建立水力学模型，试算渠段稳态水面线，对各级泵站进行甩站可行性分析，过程如下：逐次构造各级泵站离散计算工况点：具有m梯级泵站的调水工程，则m级泵站形成m‑1个渠池，输水过程中全线流量匹配，离散梯级泵站可运行流量区间Qmin，Qmax，得到等步长流量离散序列Q1，Q2，……Qs‑1，Qs，离散步长可调；离散各级泵站进水侧水位控制区间Zi,min，Z i,max，其等步长离散序列为Z i,1，Z i,2，……Z i,t‑1，Z i,t，离散步长可调；由流量序列和水位序列组合得到第i级泵站离散计算工况点集，其中：i=2，……，m；利用水力学模型试算各种工况下的渠段稳态水面线，并判断甩站可行性：耦合构筑物相容方程和恒定流St.Venant方程组，构建水力学模型，采用Preissmann格式离散方程组，并用双扫描法求解模型；对第i级泵站进行甩站运行可行性分析，采用水力学仿真模型，模拟第i+1级泵站至第i‑1级泵站之间渠段在各种工况下的水面线；判断是否可以甩站的步骤：选取第i+1级泵站进水侧水位Z i +1, i n为下游边界，第i‑1级泵站输水流量Qi‑1为上游边界，在全线流量匹配条件下Qi+1=Qi‑1，模拟工况点即为第i+1级泵站离散工况点Qi+1，Z i +1, i n；以第i‑1级泵站出水侧水位控制区间Z i‑1,outmin，Z i‑1,outmax为判断条件，若模拟得到的第i‑1级泵站出水侧水位Z i‑1,out在其水位控制区间内，即Z i‑1,outmin≤Z i‑1,out≤Z i‑1,outmax，则第i级泵站可以甩站运行，并进入下一步骤；否则，则第i级泵站无法甩站运行，并退出；形成甩站运行可行域的步骤：拟合可甩站运行临界工况点，形成甩站运行可行域，过程如下：当第i级泵站可甩站运行时，对离散的输水流量序列，统计相应于各流量的第i+1级泵站进水侧甩站临界水位，分别拟合可甩站运行最高、最低临界工况点，得到第i级泵站甩站运行时，第i+1级泵站进水侧临界水位与流量的函数关系式：Z i+1,dmin=fmin（Q），Z i+1,dmax= fmax（Q），甩站临界水位‑流量曲线与泵站固有的流量、水位约束共同形成甩站运行可行域；构建甩站优化调度模型的步骤：采用动态规划算法，在甩站可行域内求解模型，得到甩站优化调度方案，过程如下：选择优化调度模型的目标函数，以总能耗最小为目标函数：式中：N表示梯级泵站总功率；ni表示第i级泵站参与运行的机组数；ρ为水的密度；g为重力加速度；Qi，j表示第i级泵站第j台机组的提水流量；ηi，j表示第i级泵站第j台机组的效率；Hi为第i级泵站的提水扬程；构造甩站优化调度的约束条件：第i级泵站的扬程约束：H i，min≤H i≤H i，max；第i级泵站进水侧水位约束：Z i，inmin≤Z i，in≤Z i，inmax；第i级泵站出水侧水位约束：Z i，outmin≤Z i，out≤Z i，outmax；第i级机组抽水功率约束：0≤N i≤N i，max；第级泵站流量约束：Q i，min≤Q i≤Q i，max；若第i级泵站甩站运行，则该级泵站的扬程约束为：H i，min≤H i≤H i，max或H i =0；当第i级泵站甩站时，第i+1级泵站进水侧水位约束修正为甩站水位约束，即：max（Z i+1，dmin，Z i+1，inmin）≤Z i+1，in≤min（Z i+1，d max，Z i+1，in max）；优化调度结果的步骤：动态规划算法求解甩站优化调度模型：将梯级泵站的每一级看作一个阶段，故阶段变量为i；第i阶段至最末阶段m的累积扬程Si为状态变量；第i级泵站的提水扬程Hi为决策变量；根据动态规划算法建立状态转移方程和动态规划递推方程：状态转移方程：Si+1=Si－Hi +hfi，hfi表示第i渠段的水力损失；动态规划递推方程：Fi（Si）=min{ Ni（Qi，Hi）+ Fi+1（Si－Hi +hfi）}；构建甩站调控模型的步骤：以优化调度方案为调控目标，采用控制蓄量法获取满足安全标准的经济调控方案，过程如下：转换调控目标为模型约束：设第i级泵站需要甩站运行，当前时刻第i级泵站进水侧水位为Z1c，第i+1级泵站进水侧水位为Z2c，两级泵站输水流量均为Qic；甩站目标：第i级泵站进水侧水位为Z1d，第i+1级泵站进水侧水位为Z2d，两级泵站输水流量为均Qid；通过各渠段的水位‑流量‑蓄量关系计算，得到第i级泵站站前渠池的蓄量变化量为ΔV1，第i级泵站站后渠池的蓄量变化量为ΔV2，同时还可计算得到站后渠池15cm最小蓄量变化量ΔV2（15cm）min；由此可得第i+1级泵站的允许最大抽水流量：Q i+1，max=ΔV2（15cm）min /3600；形成甩站调控方案的步骤：计算有约束条件下的最节能调控方案：考虑甩站运行时，节制闸的开启条件，要求甩站运行泵站的配套节制闸闸前、闸后在同一时间达到同一水位；即：式中，T为甩站调控过程中，由当前工况调整到甩站工况的时间；T1为站前渠池，由当前工况调整到甩站工况的时间；T2为站后渠池，由当前工况调整到甩站工况的时间；第i－1级泵站t时刻的功率为：式中，H（t）i－1为i时刻第i－1级泵站的扬程；η（t）i－1为i时刻第i－1级泵站的效率；第i+1级泵站t时刻的功率为：式中，H（t）i+1为t时刻第i+1级泵站的扬程；η（t）i+1为t时刻第i+1级泵站的效率；第i级泵站甩站调控总费用为：式中，Td为第i级泵站甩站，第i+1和第i－1级泵站工况调整的总费用；P为单位电价；将Qi‑1通过时间关系转换为Qi+1的函数，并将Td对Qi+1求导，得到满足安全约束的最节能调控方案：第i+1级泵站最优输水流量Qd，i+1，第i－1级泵站最优输水流量Qd，i－1，甩站调控时间T。