[发明专利]一种供水管网关键阀门辨识方法

摘要

一种供水管网关键阀门辨识方法，涉及供水管网阀门智能调控领域，包括：首先，设定基础情景，供水管网内阀门均处于正常状态，对供水管网进行拓扑分析和压力驱动水量水力模拟，计算关阀数量、分隔区内管道总长度、稳态水力模拟和延时模拟下系统供水短缺量四项指标的值。其次，按照阀门编号，依次模拟各阀门失效，重复上述步骤，再次计算四个指标值。最后，依次计算各阀门失效情景下的指标值与该阀门正常工作下的对应指标值的变化值，确定阀门失效对供水系统性能的影响程度，进而识别系统内关键阀门。本发明利用性能指标和水力指标的综合评价体系，用于评估阀门失效影响，实现系统内关键阀门的辨识，为决策者制定合理的阀门维护方案提供支持。

主权项

1.一种供水管网关键阀门辨识方法，其特征在于，该方法按照以下步骤实现阀门失效评价的过程：(1)设定基础情景，即供水管网内所有阀门均处于正常状态，对供水管网进行拓扑分析和水力模拟；具体如下：(1.1)分析供水管网的拓扑结构，统计供水管网的分隔区数量，所述分隔区定义为通过关阀，管网被分割成的最小部分；根据分隔区和阀门的拓扑连接关系，按照阀门编号顺序，依次确定与各阀门连接的分隔区；(1.2)基于压力驱动需水量分析方法，对供水管网分别进行稳态水力模拟和延时水力模拟；在压力驱动水量分析中，节点需水量与节点压力的函数关系如下：式中，H_i为节点i的计算压力(m)；Q_ri节点的需水量(L/s)；Q_i^s为节点的实际供水量(L/s)；H_ri为参考压力值，认为在该压力时满足需水量要求；H_t为压力阈值，超出该阈值，则节点实际供水量与节点压力无关；α为压力水量关系指数；(1.3)基于阀门‑分隔区矩阵和水力模拟结果，建立供水管网的性能指标和水力指标两类指标实现对阀门失效的定量评估，其中性能指标包括关阀数量和分隔区内管道总长度，水力指标包括稳态水力模拟下系统供水短缺量和延时模拟下系统供水短缺量，以上四个指标的意义及计算方法如下：①关阀数量：该指标的数学意义为隔断一个分隔区所需要关闭的阀门的数量，该指标能够反映关阀的复杂性，需要关阀的数量越多，则分隔区存在失效阀门的可能性越高；在本方法中，按照阀门编号，依次统计与各阀门相连接的分隔区所对应的关阀数量；②分隔区内管道总长度：该指标的数学意义为分隔区内的所包含的管道总长度，分隔区管道总长度越长，则该分隔区发生事故的概率越高，进而该分隔区需进行关阀操作的概率越高；在本方法中，按照阀门编号，依次计算与各阀门相连接的分隔区所对应的分隔区内管道总长度；③稳态水力模拟下系统供水短缺量：该指标的计算方法如下：式中，Q_shortfall表示稳态水力模拟下系统供水短缺量(L/s)；i表示供水管网节点编号；Q_ri表示对应节点的需水量(L/s)；Q_i^s表示对应节点的实际供水量；在本方法中，按照阀门编号，依次计算各阀门对应的分隔区被隔离后的稳态水力模拟下系统供水短缺量；④延时模拟下系统供水短缺量：该指标的计算公式如下：式中，W_shortfall表示延时模拟下系统供水短缺量(m³)；j表示模拟时段，T表示延时模拟周期；i表示节点编号；Q_rij表示j时段节点i的需水量(L/s)；Q_ij^s表示j时段节点i的实际供水量(L/s)；t表示一个时段的时长；在本方法中，按照阀门编号，依次计算各阀门对应的分隔区被隔离后的稳态水力模拟下系统供水短缺量；(2)设定阀门失效情景，即供水管网内只存在一个失效阀门，重复步骤(1)，按照阀门编号，依次模拟各阀门失效，再次计算各阀门失效情景下的(1.3)中提出的四个指标的值；(3)按照阀门编号顺序，依次计算各阀门失效情景下的指标值与该阀门正常工作下的对应指标值的变化值，以此确定阀门失效对供水系统性能的影响程度，根据影响程度大小，识别系统内的关键阀门。