新型式灌區(qū)除水泵站從運(yùn)作模型的改良

 

按開機(jī)機(jī)組總耗能最少建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，將整個(gè)排水區(qū)或單個(gè)自成體系、封閉的排水片內(nèi)所有分散的泵站看成1座虛擬泵站，再利用站間模型進(jìn)行優(yōu)化。對于一般中小型泵站，機(jī)組耗能所占比例較大，其它電器設(shè)備所占耗能比重與機(jī)組耗能相比可忽略不計(jì)，因而，建立目標(biāo)函數(shù)如下：

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

　　按能耗率最低原則確定開機(jī)機(jī)組的數(shù)學(xué)模型目標(biāo)函數(shù)：

　　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(jī)臺(tái)數(shù)約束：t T（5）式中： E n為開機(jī)機(jī)組組合能耗率； E i為單機(jī)功率； t為實(shí)際開機(jī)臺(tái)數(shù)； T為整個(gè)泵站水泵總臺(tái)數(shù)。按裝置效率最大法確定水泵組合模式的數(shù)學(xué)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(nèi)的水泵視同為位于同1座泵站內(nèi)，即整個(gè)排水區(qū)只有1座虛擬泵站，在此基礎(chǔ)上考慮泵站內(nèi)不同的裝機(jī)機(jī)組揚(yáng)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(shí)，確定最優(yōu)運(yùn)行的方式是按照各機(jī)組裝置效率的高低，由高到低投入運(yùn)行，直至滿足流量要求。

　　用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法確定水泵組合模式的數(shù)學(xué)模型。由于工況不可調(diào)水泵機(jī)組運(yùn)行特征為離散運(yùn)行，泵站出流量僅限于參與運(yùn)行的水泵數(shù)量，因此，對式（3）數(shù)學(xué)模型，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法進(jìn)行機(jī)組組合尋優(yōu)較為方便。對于上述模型，可采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法求解，求解時(shí)將每臺(tái)機(jī)組作為一個(gè)決策階段，按順序編號，可采用逆向推行法計(jì)算。根據(jù)狀態(tài)變量所具有的特性，選擇按照機(jī)組號累加的抽水流量為狀態(tài)變量；各機(jī)組的流量Q i為決策變量。開機(jī)， Q i為定值，否則為0.

　　孤山灌區(qū)共分為2個(gè)大的排水區(qū)，現(xiàn)狀排水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇的降雨，雨后1 d排除。但在日常運(yùn)行時(shí)，排水區(qū)遇到不足10年一遇降雨時(shí)，現(xiàn)有排澇能力將出現(xiàn)盈余。例如，當(dāng)排水區(qū)遭遇5年一遇降雨時(shí)，采用平均排除法計(jì)算排澇流量，計(jì)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(jī)組的特征見所示。1、2機(jī)組，進(jìn)出水條件相同；3、5機(jī)組，邊側(cè)機(jī)組，進(jìn)水條件較差； 4機(jī)組，中間機(jī)組，進(jìn)水條件較好。

　　1）按開機(jī)機(jī)組總耗能最少確定水泵機(jī)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(jié)果如2所示。由2可知，采用泵站總耗能最少為目標(biāo)函數(shù)時(shí)，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(yáng)程4. 0 m條件下，排除5年一遇澇水6. 25 m 3/ s，按照各機(jī)組裝置效率的高低，由高到低投入運(yùn)行。排澇泵站機(jī)組組合運(yùn)行狀況如3所示。

　　3裝置效率最大法確定水泵組合模式計(jì)算結(jié)果表

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

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

　　由4可知，采用動(dòng)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(jī)組組合為1+ 3+ 4+ 5號機(jī)組的組合，此組合耗能率最低。

　　結(jié)論

　　1）對于工況不可調(diào)水泵機(jī)組，在進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行模式研究時(shí)一般不采用最小消耗功率法，而是采用最小能耗法進(jìn)行優(yōu)化，所得優(yōu)化結(jié)果經(jīng)實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，與實(shí)際情況較為吻合。2）以能耗率最低為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行水泵組合優(yōu)化時(shí)，采用裝置效率最大法理論認(rèn)為水泵機(jī)組優(yōu)化時(shí)只需將水泵機(jī)組按效率高低依次投入運(yùn)行，滿足流量要求即可。在符合流量條件時(shí)，參與排除澇水的的水泵1 + 2+ 4符合上述理論，但從動(dòng)態(tài)規(guī)劃的結(jié)果可以看出，當(dāng)增加1臺(tái)水泵，即組合為1 + 3+ 4+ 5時(shí)，其出流量更高，能耗率反而更低，而此組合并非單機(jī)效率最高的機(jī)組組合，因此，實(shí)際運(yùn)行中，可以認(rèn)為當(dāng)單機(jī)效率相差不大時(shí)，采用動(dòng)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(shù)研發(fā)，并且一直主導(dǎo)引領(lǐng)著行業(yè)的技術(shù)發(fā)展；公司的產(chǎn)品覆蓋：污水提升機(jī)、預(yù)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(tǒng)等，每個(gè)泵系統(tǒng)包裝中有齊備的安裝配件和安裝流程等。