新型式灌區(qū)除水泵站從運作模型的改良

 

按開機機組總耗能最少建立數學模型時，將整個排水區(qū)或單個自成體系、封閉的排水片內所有分散的泵站看成1座虛擬泵站，再利用站間模型進行優(yōu)化。對于一般中小型泵站，機組耗能所占比例較大，其它電器設備所占耗能比重與機組耗能相比可忽略不計，因而，建立目標函數如下：

　　min N = n i= 1 N i（1）中： N為開機水泵總耗能； N i為單機耗能。流量約束：t i= 1 Q i Q u（2）式中： Q i為單機流量； Q u為實際排澇流量。對于上述問題的求解，可依據各機組單機功率的大小，依據不同的機組組合投入運行，滿足流量要求時功率最低的組合即為所求。

　　按能耗率最低原則確定開機機組的數學模型目標函數：

　　min E n = t i= 1 E i t i= 1 Q i（3）流量約束：t i= 1 Q i Q u（4）開機臺數約束：t T（5）式中： E n為開機機組組合能耗率； E i為單機功率； t為實際開機臺數； T為整個泵站水泵總臺數。按裝置效率最大法確定水泵組合模式的數學模型。裝置效率最大法尋優(yōu)的核心思想是將位于不同泵站內的水泵視同為位于同1座泵站內，即整個排水區(qū)只有1座虛擬泵站，在此基礎上考慮泵站內不同的裝機機組揚程、葉片安裝角等對流量等影響。采用按裝置效率最大法求解時，確定最優(yōu)運行的方式是按照各機組裝置效率的高低，由高到低投入運行，直至滿足流量要求。

　　用動態(tài)規(guī)劃法確定水泵組合模式的數學模型。由于工況不可調水泵機組運行特征為離散運行，泵站出流量僅限于參與運行的水泵數量，因此，對式（3）數學模型，采用動態(tài)規(guī)劃法進行機組組合尋優(yōu)較為方便。對于上述模型，可采用動態(tài)規(guī)劃的方法求解，求解時將每臺機組作為一個決策階段，按順序編號，可采用逆向推行法計算。根據狀態(tài)變量所具有的特性，選擇按照機組號累加的抽水流量為狀態(tài)變量；各機組的流量Q i為決策變量。開機， Q i為定值，否則為0.

　　孤山灌區(qū)共分為2個大的排水區(qū)，現狀排水標準為10年一遇的降雨，雨后1 d排除。但在日常運行時，排水區(qū)遇到不足10年一遇降雨時，現有排澇能力將出現盈余。例如，當排水區(qū)遭遇5年一遇降雨時，采用平均排除法計算排澇流量，計算得第一區(qū)中的自成排水體系的豎河大港排水片排水流量為6. 25 m 3 / s.豎河大港排水片主要涉及泵站機組的特征見所示。1、2機組，進出水條件相同；3、5機組，邊側機組，進水條件較差； 4機組，中間機組，進水條件較好。

　　1）按開機機組總耗能最少確定水泵機組組合模式在滿足流量要求的前提下，按泵站總耗能最小求解結果如2所示。由2可知，采用泵站總耗能最少為目標函數時，水泵組合為1+ 2+ 3或1+ 2+ 4。

　　2）按裝置效率最大法確定水泵組合模式在定揚程4. 0 m條件下，排除5年一遇澇水6. 25 m 3/ s，按照各機組裝置效率的高低，由高到低投入運行。排澇泵站機組組合運行狀況如3所示。

　　3裝置效率最大法確定水泵組合模式計算結果表

　　由3可知，選擇滿足排除5年一遇澇水6. 25 m 3 / s時，采用裝置效率最大法確定的排澇泵站機組組合為1+ 2+ 4號機組，此組合耗能率最低。

　　3）用動態(tài)規(guī)劃的方法確定水泵組合模式采用動態(tài)規(guī)劃法確定的水泵組合模式時，為減少可能的組合數，具體計算過程中，按照實際需要流量4. 84，不滿足要求6. 25 m3/ s，初定機組臺數3 5臺。如4所示。

　　由4可知，采用動態(tài)規(guī)劃的方法確定水泵組合排除5年一遇澇水6. 25 m 3 / s的排澇泵站機組組合為1+ 3+ 4+ 5號機組的組合，此組合耗能率最低。

　　結論

　　1）對于工況不可調水泵機組，在進行優(yōu)化運行模式研究時一般不采用最小消耗功率法，而是采用最小能耗法進行優(yōu)化，所得優(yōu)化結果經實際運行檢驗，與實際情況較為吻合。2）以能耗率最低為目標函數進行水泵組合優(yōu)化時，采用裝置效率最大法理論認為水泵機組優(yōu)化時只需將水泵機組按效率高低依次投入運行，滿足流量要求即可。在符合流量條件時，參與排除澇水的的水泵1 + 2+ 4符合上述理論，但從動態(tài)規(guī)劃的結果可以看出，當增加1臺水泵，即組合為1 + 3+ 4+ 5時，其出流量更高，能耗率反而更低，而此組合并非單機效率最高的機組組合，因此，實際運行中，可以認為當單機效率相差不大時，采用動態(tài)規(guī)劃法比采用裝置效率最大法具有更大地可靠性。

德國澤德—成立于1970年，澤德泵業(yè)自成立以來專注于家庭和園林、工業(yè)和污水處理行業(yè)的泵的技術研發(fā)，并且一直主導引領著行業(yè)的技術發(fā)展；公司的產品覆蓋：污水提升機、預制泵站、污水提升器、污水提升泵、污水提升裝置潛水泵、花園泵、潛污泵、自來水增壓泵和雨水收集系統等，每個泵系統包裝中有齊備的安裝配件和安裝流程等。