南水北調(diào)東線泵站(群)運(yùn)行的相關(guān)優(yōu)化方法研究.pdf

1、南水北調(diào)工程是解決我國北方地區(qū)水資源嚴(yán)重短缺的重大舉措,是關(guān)系到我國經(jīng)濟(jì)、社會可持續(xù)發(fā)展的重大水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目。由于其輸水線路長、揚(yáng)程高、流量大,且涉及自然科學(xué)、社會科學(xué)等多個領(lǐng)域,是一項(xiàng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形式多樣的多水源、多地區(qū)、多目標(biāo)的高維復(fù)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(yùn)河逐級提水北送,向黃淮海平原東部供水,終點(diǎn)天津。東線工程的實(shí)施,將促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社

2、會進(jìn)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(zhì)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(yùn)和生態(tài)環(huán)境條件,有著巨大的綜合效益。南水北調(diào)東線一期工程設(shè)有13級泵站,總裝機(jī)容量392.59MW,年運(yùn)行時間一般為5000-6000h,年運(yùn)行費(fèi)用達(dá)9.8-11.8億元。由于運(yùn)行時間長,裝機(jī)容量大,優(yōu)化、高效運(yùn)行對降低調(diào)水成本、實(shí)現(xiàn)工程良性運(yùn)行至關(guān)重要。因此,采用現(xiàn)代決策理論的最新成果,結(jié)合工程管理決策的實(shí)際情況,對該跨

3、流域調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行開展優(yōu)化運(yùn)行研究,提出先進(jìn)、實(shí)用的系統(tǒng)優(yōu)化理論與方法,對提高復(fù)雜環(huán)境下工程運(yùn)行優(yōu)化決策質(zhì)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(yùn)行的相關(guān)研究大多對優(yōu)化模型作了大量簡化,且采用復(fù)雜系統(tǒng)理論研究較少,其成果不能充分利用大型泵機(jī)組的工況調(diào)節(jié)功能來進(jìn)一步節(jié)省能耗、降低運(yùn)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(jī)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(jī)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(yùn)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(jī)組葉片全調(diào)節(jié)日優(yōu)化運(yùn)行數(shù)學(xué)模型,以淮安四站為工程實(shí)例,獲得一系列日優(yōu)化運(yùn)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(jìn)行比較分析。

5、該方法可以解決安裝不同型號泵機(jī)組或同型號各機(jī)組性能存在差異的泵站多機(jī)組日優(yōu)化運(yùn)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(jī)組變頻變速日優(yōu)化運(yùn)行數(shù)學(xué)模型,考慮變頻裝置效率隨機(jī)組轉(zhuǎn)速變化情況下,以淮陰三站為工程實(shí)例,獲得一系列日優(yōu)化運(yùn)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(yùn)行問題,分別考慮站間相同調(diào)節(jié)方式、不同調(diào)節(jié)方式下,求解并聯(lián)泵站群日優(yōu)化運(yùn)行數(shù)學(xué)模型,分別以淮安一、

6、二、四站并聯(lián)站群(葉片全調(diào)節(jié)優(yōu)化運(yùn)行)、淮陰一、三站并聯(lián)站群(淮陰一站葉片全調(diào)節(jié)優(yōu)化運(yùn)行,淮陰三站變頻變速優(yōu)化運(yùn)行)為例,獲得并聯(lián)泵站群優(yōu)化運(yùn)行方案。該方法可以解決并聯(lián)泵站群各站間不同調(diào)節(jié)方式、不同時段劃分、及不同日均揚(yáng)程下的日優(yōu)化運(yùn)行問題。
　　 ④采用并聯(lián)泵站群優(yōu)化運(yùn)行與級間輸水渠道一維非恒定流數(shù)值模擬(流量～水位關(guān)系)相結(jié)合的方法,針對梯級泵站群優(yōu)化運(yùn)行問題,初步提出了上下梯級泵站提水揚(yáng)程與泵站優(yōu)化運(yùn)行相結(jié)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(yùn)行方案。
　　 ⑤在泵站單機(jī)組日優(yōu)化運(yùn)行數(shù)學(xué)模型求解基礎(chǔ)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(jī)組葉片全調(diào)節(jié)日優(yōu)化運(yùn)行與定角恒速運(yùn)行,開展了受潮汐影響的泵站最優(yōu)開機(jī)時刻研究,分析了月內(nèi)最優(yōu)開機(jī)時刻的規(guī)律性分布。
　　 (2)提出的一整套泵站多機(jī)組葉片全調(diào)節(jié)日優(yōu)化運(yùn)行、泵站多機(jī)組變頻變速日優(yōu)化運(yùn)行、并聯(lián)泵站群同工況調(diào)節(jié)、不同工況調(diào)