供水管网系统优化调度及耐受度评价研究

发布时间：2020-04-12 03:27

【摘要】：目前城市供水管网系统的运行高能耗问题亟待解决,现有的供水管网系统优化调度研究,大多集中于确定性优化问题求解,而忽略系统运行不确定性的存在,导致优化调度在实际应用中比较困难。同时在系统性能评价研究中,供水管网系统调度需要考虑抵御不确定性扰动的能力,从而研究系统调度运行对系统性能表现的影响十分必要。本文首先以含全变频泵组的二次加压供水管网系统为研究对象,优化求解泵站变压变频调速控制方案,从运行能耗和性能表现两方面,与恒压控制方案进行对比分析。然后以城市市政供水管网系统为研究对象,提出考虑需水不确定性的优化调度决策模型,求解不同阈值水平要求下的泵站调度方案。在此基础上,选取两项耐受度指标,考察泵站调度方案的耐受度表现。同时模拟不确定性事故,评估分析系统调控运行对系统耐受度的影响。本文所完成的研究内容和结果包括:(1)针对二次加压供水管网系统的高能耗问题,应用遗传算法优化求解最节能的泵站出口变压变频调速方案。在求解过程中,以并联泵组的节能优化为基础,改进决策变量选取策略,有效简化了寻优过程;同时考虑变速调节的水泵效率曲线变化,保证优化结果准确;与泵站出口恒压控制方案相比,变压控制方式能结合系统需水量的变化,通过变频调速来改变泵站输出扬程,减少不必要的能耗浪费,节能效果明显;同时在保持最不利配水点恒压的情况下,可保证系统安全供水。(2)在城市市政供水管网系统优化调度问题中,考虑用水节点的需水不确定性,并建立节点压力水头的概率约束,引入阈值水平,改进了两种概率约束处理方法,分别为改进的数值积分法和随机采样法,在不确定性分析评价的基础上,验证了模型求解的有效性。优化结果表明:泵站作为系统的能量来源,其水泵运行方案决定了系统抵御需水不确定性的能力,即阈值水平设置越高,系统调控维持正常水平所需的运行水泵越多,进而应对不确定性的需水情景抗干扰能力越强。(3)选取耐受度指标来评价上述最优调度方案的耐受度表现。结果表明相比于API指标,MRI指标能有效表征节点富余能量的变化情况,更适用于系统调控运行的耐受度评价。同时选取爆管事故为不确定性工况,基于水压驱动水量计算,评价系统的失效节点需水满足率。结果证明考虑需水不确定性的调度运行方案,在面临不确定性工况时,有充足的可用能量补给,为节点在失效期间用水提供支持。阈值水平要求越高,系统的能量补给作用越明显,系统失效工况的损失越小,整体上系统耐受不利工况能力越强。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU991.33

【参考文献】