一种数字化供水管网调度方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种数字化供水管网调度方法，具体步骤为：采集某供水区域内的历史用水数据以及环境数据，获得采集数据；通过采集数据构建用水量预测模型，通过用水量预测模型对用水量进行预测；构建供水经济成本模型以及运行约束条件；以日供水经济成本最低为优化目标，以水泵的输出功率与工作时长作为决策变量，以运行约束条件为约束，随机生成初始种群，通过自适应权重的多目标粒子群算法寻找优化目标的最优解；根据计算的最优解决策变量参数对供水厂的设备参数进行调节。本申请在用电低谷的低电价时段通过水泵将水抽送到储水池中进行存储，在用水高峰时段通过储水池向居民进行供水，有利于节约供水成本，降低供水管网的运行压力。压力。压力。

【技术实现步骤摘要】
一种数字化供水管网调度方法及系统


[0001]本专利技术涉及供水
，特别是一种数字化供水管网调度方法及系统。

技术介绍

[0002]现代城市大楼中通常有上百户共同居住，由于都市规划将同质性高的大楼集中在特定区域，因此大楼中的居民生活起居习惯类似，而且用水习惯也十分相近，导致大楼用水集中在某些特定时段，在用水高峰时段，供水管网的运行压力较大，针对存在的问题，越来越多的城市高楼在屋顶等高处建立起辅助供水系统，保证居民的日常供水以及管网的平稳运行。
[0003]现有城市的用电高峰与用水高峰往往出现重叠现象，因此，在用电低谷的低电价时段通过第二水泵将水抽送到储水池中进行存储，在用水高峰时段通过储水池向居民进行供水，有利于节约供水成本，降低供水管网的压力。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是提供一种数字化供水管网调度方法。
[0005]本专利技术的目的是通过这样的技术方案实现的，某供水区域的供水管网包括直接供水系统、辅助供水系统，所述直接供水系统包括与供水厂出水端连接的第一水泵、第一管网，所述辅助供水系统包括第二水泵、第二管网、储水池，所述第二水泵的进水端与所述与供水厂出水端连接，所述储水池安装在所述供水区域的高处，所述第二管网的进水端与所述储水池的出水端连接，所述第一管网、第二管网的出水端均连接到用水终端，所述数字化供水管网调度方法的具体步骤如下：
[0006]1)数据采集：采集某供水区域内的历史用水数据以及环境数据，获得采集数据；
[0007]2)用水量预测：通过采集数据构建用水量预测模型，通过用水量预测模型对供水区域内对居民当日逐小时的用水量进行预测；
[0008]3)构建成本模型：构建供水区域的供水经济成本模型以及运行约束条件，所述供水经济成本模型包括第一水泵与第二水泵的运行成本模型；
[0009]4)寻找模型最优解：以日供水经济成本最低为优化目标，以第一水泵和第二水泵的输出功率与工作时长作为决策变量，以运行约束条件为约束，随机生成初始种群，通过自适应权重的多目标粒子群算法寻找优化目标的最优解；
[0010]5)供水管网调度：根据计算的最优解决策变量参数对供水厂的设备参数进行调节，进行供水区域内供水管网的实时调度。
[0011]进一步，步骤1)中所述采集数据包括某供水区域内居民近一年每日逐小时的用水量、用水的泵送高度，以及天气温度数据、工作日/节假日数据。
[0012]进一步，步骤4)中构建供水经济成本模型的具体步骤为：
[0013]4‑
1)构建第一水泵的运行成本模型
[0014][0015]式中，为第i个时段内的第一水泵运行的时长，为第i个时段内第一水泵的功率，ε
i
为第i个时段的电价，α1为第一水泵的折旧成本系数，α1与第一水泵的运行时长有关；
[0016]构建第二水泵的运行成本模型
[0017][0018]式中,为第i个时段内的第二水泵运行的时长，为第i个时段内第二水泵的功率，ε1为第i个时段的电价，α2为第二水泵的折旧成本系数，α2与第二水泵的运行时长有关；
[0019]所述供水经济成本模型包括第一水泵与第二水泵的运行成本模型：
[0020][0021]4‑
2)构建供水系统的运行约束条件：
[0022]将供水区域内居民的预测用水量根据泵送高度从低到高进行排列：
[0023]Y
i
＝{V
i1
,V
i2
,...,V
ik
,...,V
in
}
[0024]式中，Y
i
为供水区域内预测的居民总用水量，n为供水区域内供水的总户数，V
ik
为第k户居民的预测用水量；
[0025]则构建供水系统的运行约束条件为：
[0026][0027]式中，S
i
为第i个时段内蓄水池的供水量，S
i
′
为第i个时段结束时蓄水池的存水量，S
i
‑1′
为第i
‑
1个时段结束时蓄水池的存水量，h
s
为蓄水池所需的泵送高度，g为重力加速度，ρ为水的密度，h
j
为供水区域内第j个用户所需的泵送高度，S
min
、S
max
分别为蓄水池存水量的上下限，分别为第一水泵与第二水泵允许输出的最大功率。
[0028]进一步，步骤4)中通过自适应权重的多目标粒子群算法寻找优化目标的最优解的具体步骤为：
[0029]4‑
1)定义一天中24个小时第一水泵和第二水泵的输出功率与工作时长作为决策
变量x：
[0030][0031]式中，为第一水泵24小时的输出功率，为第二水泵24小时的输出功率，为第一水泵24小时的工作时长，为第二水泵24小时的工作时长，定义每一个决策变量为多目标粒子群算法的一个输入粒子；
[0032]4‑
2)设置初始时第一水泵和第二水泵的输出功率参数，多目标粒子群算法的最大迭代次数I
max
，给定惯性权重初值，学习因子c1、c2，粒子最大运行速度V
max
，以供水系统的约束条件为限制条件，随机生成初始种群，种群规模为N；
[0033]4‑
3)通过目标函数计算初始种群中每个粒子的适应度值，在种群中找到适应度的最佳值，并记录个体最优适应度值和全局最优适应度值；
[0034]4‑
4)计算当前迭代的惯性权重：
[0035][0036]式中，ω
max
和ω
min
分别表示最大和最小惯性权重，f
i
为粒子对应的适应度函数值，f
ave
和f
min
分别为当前粒子的平均值适应度和最小值适应度；
[0037]4‑
5)更新粒子速度v
i
(k+1)及位置x
i
(k+1)：
[0038]v(k+1)＝ωv(k)+c1r1(p
i
(k)
‑
x(k))+c2r2(p
g
(k)
‑
x(k))
[0039]x(k+1)＝x(k)+v(k+1),i＝1,2,...,n
[0040]式中，v(k)为第k个粒子的速度，x(k)为第k个粒子的位置，p
g
(k)为全局最优解，p
i
(k)为个体最优解；r1、r2为区间[0,1]上的随机数,v(k+1)为第k+1个粒子的速度，x(k+1)为第k+1个粒子的位置；
[0041]4‑
6)由粒子的新位置计算新的适应度值，根据粒子新的适应度更新粒子的适应度值和种群的最优适应度值；
[0042]4‑
7)若当前迭代次数小于最大迭代次数I
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字化供水管网调度方法，某供水区域的供水管网包括直接供水系统、辅助供水系统，所述直接供水系统包括与供水厂出水端连接的第一水泵、第一管网，所述辅助供水系统包括第二水泵、第二管网、储水池，所述第二水泵的进水端与所述与第一管网连接，所述储水池安装在所述供水区域的高处，所述第二管网的进水端与所述储水池的出水端连接，所述第一管网、第二管网的出水端均连接到用水终端，其特征在于，数字化供水管网调度方法的具体步骤如下：1)数据采集：采集某供水区域内的历史用水数据以及环境数据，获得采集数据；2)用水量预测：通过采集数据构建用水量预测模型，通过用水量预测模型对供水区域内对居民当日逐小时的用水量进行预测；3)构建成本模型：构建供水区域的供水经济成本模型以及运行约束条件，所述供水经济成本模型包括第一水泵与第二水泵的运行成本模型；4)寻找模型最优解：以日供水经济成本最低为优化目标，以第一水泵和第二水泵的输出功率与工作时长作为决策变量，以运行约束条件为约束，随机生成初始种群，通过自适应权重的多目标粒子群算法寻找优化目标的最优解；5)供水管网调度：根据计算的最优解决策变量参数对供水厂的设备参数进行调节，进行供水区域内供水管网的实时调度。2.如权利要求1所述的一种数字化供水管网调度方法，其特征在于，步骤1)中所述采集数据包括某供水区域内居民近一年每日逐小时的用水量、用水的泵送高度，以及天气温度数据、工作日/节假日数据。3.如权利要求1所述的一种数字化供水管网调度方法，其特征在于，步骤4)中构建供水经济成本模型的具体步骤为：4
‑
1)构建第一水泵的运行成本模型1)构建第一水泵的运行成本模型式中，为第i个时段内的第一水泵运行的时长，为第i个时段内第一水泵的功率，ε
i
为第i个时段的电价，α1为第一水泵的折旧成本系数，α1与第一水泵的运行时长有关；构建第二水泵的运行成本模型构建第二水泵的运行成本模型式中,为第i个时段内的第二水泵运行的时长，为第i个时段内第二水泵的功率，ε1为第i个时段的电价，α2为第二水泵的折旧成本系数，α2与第二水泵的运行时长有关；所述供水经济成本模型包括第一水泵与第二水泵的运行成本模型：4
‑
2)构建供水系统的运行约束条件：将供水区域内居民的预测用水量根据泵送高度从低到高进行排列：
Y
i
＝{V
i1
,V
i2
,...,V
ik
,...,V
in
}式中，Y
i
为供水区域内预测的居民总用水量，n为供水区域内供水的总户数，V
ik
为第k户居民的预测用水量；则构建供水系统的运行约束条件为：式中，S
i
为第i个时段内蓄水池的供水量，S
i
′
为第i个时段结束时蓄水池的存水量，S
i
‑1′
为第i
‑
1个时段结束时蓄水池的存水量，h
s
为蓄水池所需的泵送高度，g为重力加速度，ρ为水的密度，h
j
为供水区域内第j个用户所需的泵送高度，S
min
、S
max
分别为蓄水池存水量的上下限，分别为第一水泵与第二水泵允许输出的最大功率。4.如权利要求1所述的一种数字化供水管网调度方法，其特征在于，步骤4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：何展业，周勇，
申请(专利权)人：广东鹤山北控水务有限公司，
类型：发明
国别省市：