一种泵站单机组优化运行时的叶片角步长调节控制方法技术

本发明专利技术公开了一种泵站单机组优化运行时的叶片角步长调节控制方法，包括以下步骤：(1)以叶片可调泵站单机组一定运行期内提水量W最大为目标，建立目标函数；(2)设置目标函数求解的约束条件；(3)基于叶片角离散域逐次缩小均匀离散的叶片角步长调节控制方法，根据约束条件对目标函数求解。本发明专利技术以一定运行期内提水总量最大为目标，既适用于南水北调等跨流域调水泵站机组在一定调水期和运行总能耗内的最大调水任务需求，又适用于具有叶片可调功能的排涝泵站机组在给定时段内尽量提高排水量的实际需求；同时，本发明专利技术可克服传统方法的缺点，显著提升模型求解精度和效率。

A method of adjusting and controlling the blade angle and step length in the optimal operation of a single pumping station

【技术实现步骤摘要】
一种泵站单机组优化运行时的叶片角步长调节控制方法
本专利技术涉及一种泵站单机组优化运行方法，尤其涉及一种泵站单机组优化运行时的叶片角步长调节控制方法
技术介绍
跨流域调水工程的建设和运行在缓解水资源时空分布不均，促进经济社会及其他领域发展等方面发挥显著作用。其中，调水泵站(群)作为整个调水系统的关键性工程，具有机组数量多、单机流量大、工况可调节(调节水泵叶片安放角或转速)、年运行时间长、运行能耗高等特点。按照泵站(群)能耗最小或提水量准则，合理分配泵站(群)运行过程中各机组、各时段的能耗或流量分配，实现系统优化运行目标，具有十分重要的理论和应用价值。现有的优化方法将每个时段叶片安放角的离散步长直接设置为较小的值，既大大增加各叶片角度下H～Q和ηz～Q性能曲线拟合工作量，又因为离散数较多，大大增加迭代求解工作量，模型计算时间延长，降低了求解效率。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术旨在提供一种求解效率高、精度高的泵站单机组优化运行时的叶片角步长调节控制方法，。技术方案：本专利技术的泵站单机组优化运行时的叶片角步长调节控制方法，包括以下步骤：(1)以叶片可调泵站单机组一定运行期内提水量W最大为目标，建立目标函数；(2)设置目标函数求解的约束条件；(3)基于叶片角离散域逐次缩小均匀离散的叶片角步长调节控制方法，根据约束条件对目标函数求解，具体包括以下步骤：(31)取整数度的均匀离散步长，采用一维动态规划法求解模型，获得初次优化所得最大提水量W1，及各时段最优叶片安放角路径θ1i，i＝1,2，…，SN；(32)对获得的各时段最优叶片安放角路径θ1i，缩小叶片角离散域并取小于上一步中的离散步长，进一步均匀离散后代入原模型，采用一维动态规划法寻优，获得本次优化所得最大提水量Wm，及各时段最优叶片安放角路径θmi，i＝1,2，…，SN；(33)重复多次步骤(32)对目标函数逐次逼近，直到满足下式：式中，m为迭代次数，ε为给定的模型迭代控制精度，SN为机组运行期内划分的时段数。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：(1)对于模型目标函数，以一定运行期内提水总量最大为目标，既适用于南水北调等跨流域调水泵站机组在一定调水期和运行总能耗内的最大调水任务需求，又适用于具有叶片可调功能的排涝泵站机组在给定时段内尽量提高排水量的实际需求。(2)对于模型约束条件，考虑到机组安全运行要求，设置了各时段机组运行的配套功率约束；考虑到水泵高效运行，尽可能降低运行能耗，设置了水泵效率约束；考虑到机组运行寿命，设置了机组运行期内满足不宜频繁开停机要求的开停机次数约束。由此可实现机组安全、稳定、高效运行下的提水总量最大化。(3)对于模型求解方法，包括两个层面：各时段叶片安放角缩小离散域及离散步长，和原模型一维动态规划求解。两个层面结合起来逐次逼近，直至满足迭代控制精度要求后，将模型求解获得的各时段最优叶片安放角及对应的机组最大提水总量，作为模型最终优化成果，供泵站管理单位借鉴和参考。采用在前次优化求解获得的叶片角优化路径基础上，直接在该优化叶片角附近缩小离散域及离散步长，而后逐次动态规划优化逼近，可克服传统方法的缺点，显著提升模型求解精度和效率。附图说明图1为本专利技术的流程示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。如图1所示，本专利技术的步骤包括：1、模型构建：(1)以叶片可调泵站单机组一定运行期内提水量最大为目标，建立如下目标函数：式中，W为叶片可调泵站单机组各时段的最大提水总量(万m3)；SN为机组运行期内划分的时段数；i为时段编号(i＝1,2,…,SN)；Qi(θi)为第i时段对应于叶片安放角θi的水泵流量(m3/s)；ΔTi为第i时段的时段长(h)。(2)设置约束条件包括叶片可调泵站单机组运行总能耗约束，叶片安放角可行离散域约束，电机配套功率约束，机组开停机约束、水泵效率约束等。(21)叶片可调泵站单机组运行总能耗Em约束：(22)电机配套功率约束：运行时机组实际功率不超过与水泵相联的电机配套功率：(23)水泵效率约束：使水泵运行于高效区，应满足：ηzmin≤ηz,i(θi)≤ηzmax(24)机组开停机约束：M≤Mmax式中，ρ为水的密度，取103kg/m3，g为重力加速度，取9.8m/s2，ηz，i(θi)为第i时段对应于叶片安放角θi的水泵效率，Hi为各时段时均扬程，E0为机组给定运行总能耗，ηzmin和ηzmax为水泵效率约束，ηint为传动机构效率，ηmot为配套电机效率，N0为电机额定功率，M为水泵运行期内开停机次数，Mmax为运行期内机组允许开停机次数。2、模型求解(1)数据准备，具体包括：(11)水泵机组参数：对于给定型号的泵装置，对应模型试验报告上各整数度叶片安放角下的装置模型试验参数已知，即若干个典型叶片安放角性能特性方程可由下表计算获得。另外，设定水泵效率约束ηzmin和ηzmax，传动机构效率ηint，配套电机效率ηmot，电机额定功率N0。表1水泵性能特性曲线方程(12)时间参数：机组运行总时长T，运行期划分的时段数SN，每一时段对应的时段长度ΔTi(应满足)。(13)运行参数：机组给定运行总能耗E0，运行期内各时段水泵运行扬程Hi，运行期内允许开停机次数Mmax。(2)基于叶片安放角离散域逐次缩小均匀离散的一维动态规划逐次逼近优化方法参照逐次逼近和动态规划求解原理，具体过程包括：(21)原模型以一定运行期内水泵提水总量最大为目标，以时段i为阶段变量，各时段水泵叶片安放角θi,为决策变量，前i个阶段水泵总能耗为状态变量λ的阶段可分的一维动态规划模型，可采用一维动态规划法求解。进一步地，参照一维动态规划求解原理，得对应递推方程为：(211)阶段i＝1：式中，状态变量λ1表示第1个时段水泵机组运行能耗，其可在对应可行域内离散：λ1＝0,E1,E2,...,Em。g1(λ1)为对应于第1个时段水泵机组运行能耗λ1时的泵站单机组最大提水量。对每个离散的λ1，决策变量θ1可参考表1所列已有模型试验数据的给定叶片安放角，离散可行域下边界对应为最小叶片安放角θi,min，上边界应为不超过机组电机配套功率N0要求下对应的最大叶片安放角θi,max，且离散步长BC可取整数度均匀步长，如-4°、-2°、0°、+2°、+4°等，分别代入表1对应水泵性能曲线方程，计算对应Q1(θ1)及ηz,1(θ1)，应同时满足约束条件，由此可分别得到每个离散λ1值时，最优θ1及其对应的g1(λ1)。(212)阶段i＝2，3，…，SN-1：式中，状态变量λi为前i个时段的水泵机组运行总能耗，同样分别进行离散：λi＝0,E1,E2,...,Em。gi(λ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种泵站单机组优化运行时的叶片角步长调节控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)以叶片可调泵站单机组一定运行期内提水量W最大为目标，建立目标函数；/n(2)设置目标函数求解所需约束参数的约束条件；/n(3)基于叶片角离散域逐次缩小均匀离散的叶片角步长调节控制方法，根据约束条件对目标函数求解，具体包括以下步骤：/n(31)取整数度的均匀离散步长，采用一维动态规划法求解模型，获得初次优化所得最大提水量W

【技术特征摘要】
1.一种泵站单机组优化运行时的叶片角步长调节控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以叶片可调泵站单机组一定运行期内提水量W最大为目标，建立目标函数；
(2)设置目标函数求解所需约束参数的约束条件；
(3)基于叶片角离散域逐次缩小均匀离散的叶片角步长调节控制方法，根据约束条件对目标函数求解，具体包括以下步骤：
(31)取整数度的均匀离散步长，采用一维动态规划法求解模型，获得初次优化所得最大提水量W1，及各时段最优叶片安放角路径θ1i，i＝1,2，…，SN；
(32)对获得的各时段最优叶片安放角路径θ1i，缩小叶片角离散域并取小于上一步中的离散步长，进一步均匀离散后代入原模型，采用一维动态规划法寻优，获得本次优化所得最大提水量Wm，及各时段最优叶片安放角路径θmi，i＝1,2，…，SN；
(33)重复多次步骤(32)对目标函数逐次逼近，直到满足下式：



式中，m为迭代次数，ε为给定的模型迭代控制精度，SN为机组运行期内划分的时段数。


2.根据权利要求1所述的泵站单机组优化运行时的叶片角步长调节控制方法，其特征在于，步骤(1)中所述目标函数为：



式中，W为叶片可调泵站单机组各时段的最大提水总量；i为时段编号，i＝1,2,…,SN；Qi(θi)为第i时段对应于叶片安放角θi的水泵流量；ΔTi为第i时段的时段长。


3.根据权利要求1所述的泵站单机组优化运行时的叶片角步长调节控制方法，其特征在于，步骤(2)中约束参数的约束条件包括：
(21)叶片可调单机组运行总能耗Em约束：



(22)电机配套功率约束：运行时机组实际功率不超过与水泵相联的电机配套功率：



(23)水泵效率约束：使水泵运行于高效区，应满足：
ηzmin≤ηz,i(θi)≤ηzmax
(24)机组开停机约束：
M≤Mmax
式中，ρ为水的密度，取103kg/m3，g为重力加速度，取9.8m/s2，ηz，i(θi)为第i时段对应于叶片安放角θi的水泵效率，Hi为各时段时均扬程，E0为机组给定运行总能耗，ηint为传动机构效率，ηmot为配套电机效率，ηzmin和ηzmax为水泵效率约束，N0为电机额定功率，M...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚懿，陈再扬，程吉林，张礼华，蒋晓红，程浩淼，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32