基于遗传算法城市供水管网优化调度与漏损定位模型研究

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为了满足用户用水需求,城市供水管网负荷增大,老旧管网漏损严重,给城市运行带来严重的威胁,传统靠人工监控来管理供水管网的状态已经难以满足需求。目前,很多城市建立动态水力模型以实现供水管网的安全运行,对供水管网实现动态模拟,为供水管网智能化的管理提供了基础。本文针对巢湖市供水管网,建立动态水力模型,水力优化调度和模型漏损定位模型,优化完善供水管网信息系统,以期达到降低供水能耗、减少漏损、提高供水企业的经济效益和社会效益的目的。首先,结合巢湖市的供水管网现状,对管网情况进行介绍和分析,再收集整理供水管网运行的水泵、水池、测压点以及管网勘测图等信息,结合SCADA系统数据简化并核实管网信息,对拓扑结构进行梳理排错,分配用水节点的用户水量和漏失水量;并对管网水力模型的精度进行校核,由此建立微观动态水力模型,经过校核的供水管网水力模型能够较为准确的模拟管网系统的运行状态,从而为后续优化模型提供准确且可靠的模型支撑。其次,提出供水管网水力优化调度方法,并以实际管网为例,结合实际情况设计适应度函数,降低模型陷入局部最优解的风险,并由此建立基于遗传算法的水力优化调度模型,并提出合理的调度方案。结果表明,使用遗传算法建立优化调度模型可以降低总运行成本,在优化过程中,种群的解可快速收敛到最优解并得出一天内的水泵开停方案,优化结果显示,基于遗传算法建立的优化调度模型比传统经验调度更加节省能耗成本。我国不少泵站已经采用含变速泵的水泵组合作为其节能降耗措施的一部分,结合国内发展情况,提出含变速泵的水泵优化调度模型,这种调度方式需要对定速泵的水泵开停与变速泵的转速比同时编码,使用遗传算法对其求解,由于定速泵水泵只有开与关这两种运行状态,只能使用二进制对其编码,而对于转速比而言,二进制编码会使得染色体长度过长,本文提出了含变速泵优化调度模型,但是含变速泵的优化方案不够稳定,因此对于含变速泵的优化调度值得进一步讨论研究。再者,分析供水管网漏损的主要影响因素,管网的漏损一般与所在管段的节点压力相关,可以被模拟成为一种喷射流量,以此提出了压力与漏损相关表达式,一般情况下压力敏感指数可以取0.5。在此基础上,建立压力相关漏损模型,通过优化计算搜寻可能的漏损节点,由于漏损可以表示为该点存在流量流出,因此,将喷射系数大于零的节点视为发生漏损或者认为与该节点相连的管道很可能发生漏损。针对我国城市供水管网中监测点数目较少的问题,从流量、压力监测点的数据对模型精度的影响,对压力相关漏失定位模型进行评价,得出流量监测点对模型定位结果更敏感的结论。此外,该模型也适用于中大型供水管网系统,这是由于模型优化搜索的维度是漏损节点的最大数量而不是管网节点的总数所确定的。模型可以人为设置最大漏损数量,因此,决策变量的数量远小于模型的总结点数,可以有效避免“维度灾难”的发生。文中所提出漏损定位与优化调度算法均由C#语言编写了相关程序,调用了EPANET水力计算引擎与.NET平台下的AForge函数库,并结合管网案例阐述了算法的实现过程以及算法的可行性、优缺点等。
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