梯级泵站系统优化运行策略及设计

发布时间：2020-11-03 07:48

　　 针对梯级泵站工程在输水过程经常中出现的泵站效率低、能源消耗大、运行成本高等问题,本文对梯级泵站工程化运行方法,展开了一系列的研究,建立了可靠的优化模型,以密云水库调蓄工程的团城湖至怀柔水库输水段的工程场景为案例,进行了模拟验证,结果表明本文工作有望提高该梯级泵站输水工程的运行控制水平和效率,增强梯级泵站的安全性,为梯级泵站安全、高效、经济运行提供重要参考。本文主要从如下几个方面进行了研究:(1)梯级泵站运行效率研究。整个梯级泵站工程看做一个系统,拆分为泵站工程和输水工程两个子系统,得到了包括泵站子系统和输水子系统运行效率在内的梯级泵站整体效率。(2)梯级泵站系统效率优化及各子系统效率的影响变量研究。分析各个指标对系统运行效率的影响,对与泵站子系统效率有关的抽水装置性能基于泵站抽水装置模型实验理论进行分析计算,对于与输水子系统效率有关的渠道水力损失基于明渠恒定非均匀流理论建立水力损失计算模型,寻求系统运行效率优化的方法。(3)梯级泵站优化运行理论及策略研究。从泵站优化理论着手,研究水位优化和流量优化的核心思路及两者之间的联系,基于大系统分解协调理论,提出针对大系统优化运行的三重决策模型,分别是单级泵站流量优化、梯级泵站扬程优化和输水流量日优化调度。(4)梯级泵站优化运行方案实现及对比。基于上述决策模型,利用动态规划法求解,以密云水库团城湖至怀柔水库段前六级梯级泵站调水工程为研究对象,并结合工程实际运行概况,建立了梯级泵站系统日优化调度三层优化模型,给出了具体的日优化方案。最后通过对(1)设计工况下流量优化(2)扬程优化(3)时段流量优化和扬程优化三个方案对比研究,先后分析了日运行费用的影响因素、渠道水力损失对扬程分配的影响、调水流量与日运行成本之间的关系,并针对各个影响因素给出了优化建议和各方案的适用条件。结果表明:经三重决策模型优化后的方案显著减少了日运行费用,提高了梯级泵站系统运行效率,节约了运行成本,明显优于前两个方案,验证了论文优化模型的有效性和实用性。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TV675
【部分图文】：

图 3-1 明渠水面线如图 3-2 所示，可以看出恒定非均匀流的的底坡线、水面线、总水头线彼此并不是互相平行。（1） 产生的条件明渠横截面的几何形状和大小，明渠糙率、底坡变化，以及修建闸、桥梁、涵洞等建筑[34]。（2） 水力现象在明渠非均匀流中，如果流线是接近相互平行的线，或者流线之间夹角很小并且流线的曲率半径大，这种水流称作明渠非均匀渐变流，反之则是急变流[34]。St.Venan 方程用于构建一维水力模型，Saint-Venant 方程中水力要素对时间的偏导项为零，得到只含空间项的微分方程组[36]。{ = = 2 2 （3-3）式中:Q —输水流量，m3/s； x —断面坐标，m； q —单位长度渠段分水流量，

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文（1） 研究区域纵剖面示意图见图 5-1，各泵站特征水位及扬程参数见表 5-1：包括净扬程、进出水侧水位、机组流量范围作为约束条件，写入模型程序。（2） 渠道断面参数见表 5-2：包括渠段长度、糙率、底坡、底宽等计算水力损失必备的参数，渠道水力损失计算模型参见第三章第三节，写入模型供梯级泵站扬程优化时调用。（3） 泵站抽水装置流量－扬程－角度关系和流量－扬程－效率拟合数据差值表参见第三章第二节：该插值表用拟合函数拟合后进行双向插值，输出任意工况下（扬程、流量）的机组效率和叶片角度，作为单级泵站效率优化的输入条件。（4） 该地区商业用电分时电价表见表 5-3：峰平谷段电价不一样，用作输水流量时段分配的参数。
【参考文献】

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本文编号：2868301