南水北調東線泵站(群)運行的相關優(yōu)化方法研究.pdf

1、南水北調工程是解決我國北方地區(qū)水資源嚴重短缺的重大舉措,是關系到我國經濟、社會可持續(xù)發(fā)展的重大水利基礎設施建設項目。由于其輸水線路長、揚程高、流量大,且涉及自然科學、社會科學等多個領域,是一項結構復雜、形式多樣的多水源、多地區(qū)、多目標的高維復雜系統(tǒng)。工程分東、中、西三條線路,其中東線工程是我國水資源總體格局中的重要組成部分。從長江下游引水,基本沿京杭運河逐級提水北送,向黃淮海平原東部供水,終點天津。東線工程的實施,將促進地區(qū)經濟發(fā)展和社

2、會進步,有效扼制生態(tài)環(huán)境不斷惡化的狀況,改善人民生活質量,此外,東線工程疏浚和治理河道、湖泊,還將極大改善防洪、航運和生態(tài)環(huán)境條件,有著巨大的綜合效益。南水北調東線一期工程設有13級泵站,總裝機容量392.59MW,年運行時間一般為5000-6000h,年運行費用達9.8-11.8億元。由于運行時間長,裝機容量大,優(yōu)化、高效運行對降低調水成本、實現(xiàn)工程良性運行至關重要。因此,采用現(xiàn)代決策理論的最新成果,結合工程管理決策的實際情況,對該跨

3、流域調水系統(tǒng)運行開展優(yōu)化運行研究,提出先進、實用的系統(tǒng)優(yōu)化理論與方法,對提高復雜環(huán)境下工程運行優(yōu)化決策質量(包括決策成果的精度、有效性、成本等)具有重要意義。
　　 目前,針對泵站(群)系統(tǒng)優(yōu)化運行的相關研究大多對優(yōu)化模型作了大量簡化,且采用復雜系統(tǒng)理論研究較少,其成果不能充分利用大型泵機組的工況調節(jié)功能來進一步節(jié)省能耗、降低運行成本。本文提出了大系統(tǒng)分解-動態(tài)規(guī)劃聚合等方法,對泵站多機組(淮安四站、淮陰三站)、并聯(lián)泵站群(淮安

4、一、二、四站,淮陰一、三站)、梯級泵站群(淮安一、二、四站～淮陰一、三站)開展了全面的研究,主要有以下幾個方面:
　　 (1)考慮峰谷電價影響,系統(tǒng)針對泵站多機組、并聯(lián)泵站群、梯級泵站群開展了全面的研究,提出了一整套優(yōu)化運行理論方法。
　　 ①提出了大系統(tǒng)分解—動態(tài)規(guī)劃聚合法,求解泵站多機組葉片全調節(jié)日優(yōu)化運行數(shù)學模型,以淮安四站為工程實例,獲得一系列日優(yōu)化運行方案;并與采用動態(tài)規(guī)劃逐次逼近法獲得的優(yōu)化成果進行比較分析。

5、該方法可以解決安裝不同型號泵機組或同型號各機組性能存在差異的泵站多機組日優(yōu)化運行問題。
　　 ②采用大系統(tǒng)分解—動態(tài)規(guī)劃聚合法,求解泵站多機組變頻變速日優(yōu)化運行數(shù)學模型,考慮變頻裝置效率隨機組轉速變化情況下,以淮陰三站為工程實例,獲得一系列日優(yōu)化運行方案。
　　 ③提出了大系統(tǒng)二級分級—動態(tài)規(guī)劃聚合法,針對并聯(lián)泵站群日優(yōu)化運行問題,分別考慮站間相同調節(jié)方式、不同調節(jié)方式下,求解并聯(lián)泵站群日優(yōu)化運行數(shù)學模型,分別以淮安一、

6、二、四站并聯(lián)站群(葉片全調節(jié)優(yōu)化運行)、淮陰一、三站并聯(lián)站群(淮陰一站葉片全調節(jié)優(yōu)化運行,淮陰三站變頻變速優(yōu)化運行)為例,獲得并聯(lián)泵站群優(yōu)化運行方案。該方法可以解決并聯(lián)泵站群各站間不同調節(jié)方式、不同時段劃分、及不同日均揚程下的日優(yōu)化運行問題。
　　 ④采用并聯(lián)泵站群優(yōu)化運行與級間輸水渠道一維非恒定流數(shù)值模擬(流量～水位關系)相結合的方法,針對梯級泵站群優(yōu)化運行問題,初步提出了上下梯級泵站提水揚程與泵站優(yōu)化運行相結合的綜合優(yōu)化方法

7、。以淮安一、二、四站～淮陰一、三站梯級泵站群為例,獲得了梯級泵站群優(yōu)化運行方案。
　　 ⑤在泵站單機組日優(yōu)化運行數(shù)學模型求解基礎上,考慮峰谷電價影響,分別采用動態(tài)規(guī)劃法和線性規(guī)劃法,針對單機組葉片全調節(jié)日優(yōu)化運行與定角恒速運行,開展了受潮汐影響的泵站最優(yōu)開機時刻研究,分析了月內最優(yōu)開機時刻的規(guī)律性分布。
　　 (2)提出的一整套泵站多機組葉片全調節(jié)日優(yōu)化運行、泵站多機組變頻變速日優(yōu)化運行、并聯(lián)泵站群同工況調節(jié)、不同工況調