供水管网是一个地理分布范围广,智能设备多,整个管网中信息传输量大,实际用水用户的需水量是实时的、不断变化的大系统。随着城市规模的扩大、常住人口的增长、人们生活水平的提升,既满足用户的水量和水压需求,又实现能量节省,进而实现经济效益的提高,对供水管网的优化调度提出了极大的挑战。最近十几年,供水管网系统的优化调度主要是通过采取合理的压力调控策略以达到节省能量目的。本文研究的供水管网的拓扑结构特性是,水源提供的水流量经由泵站增压后先存储在水池,再供给用水区域。该供水管网压力调控系统的用水节点水头和可调节水力元件流量之间呈现非线性动态特性。本文主要围绕压力调控系统的建模和优化进行,其主要内容如下:·针对在网络拓扑结构中存在具有动态水力特性水池的供水管网进行分析,提出把供水管网压力调控系统的用水节点水头和可调节水力元件流量之间的非线性动态关系用维纳模型来有效地表示。该压力调控系统的维纳模型以水池为核心划分为串联在一起的线性动态模块和非线性静态模块。基于维纳模型的线性动态模块,把用水节点水头的非线性动态优化问题,转换为对水池水位线性优化调度问题;再基于维纳模型的非线性静态模块进行迭代计算出用水节点水头。压力调控系统的维纳模型是一种更精准的建模方法,同时缩减了优化的计算时间。·考虑到供水管网压力调控系统的可调控水力元件和被调控用水节点的数量庞大,物理约束条件多,同时用水节点需水量是实时的、不断变化的,提出了用水节点水头的可切换区间预测控制策略。优化调控的切换条件是在任一控制时刻,判断在整个预测时域内用水节点水头值和期望压力区间的关系。若是没有超出区间的可能性,优化调控以最小化可调节水力元件的动作为目标;但若是有超出区间的可能性,优化调控以把用水节点水头快速收敛回区间范围内为目标。该策略达到了一系列控制效果:即使可测扰动发生剧烈变化,也要将用水节点水头保持在预定义的区间范围内;最大限度地减小可调节水力元件水量的变化;一旦用水节点水头超出预定的区间,则尽可能快地把它驱动到预定义的压力区间内。该控制策略保证了用水节点水头的区间控制,实现了节省能量的目的。·考虑到大型供水管网系统集中优化调控的调控复杂度高,提出了分布式区间预测控制算法。每个供水管网子系统都采用区间预测控制策略,水池水位的优化轨迹作为优化变量被引入,其满足期望的压力范围约束,并试图跟踪压力调控系统机理模型的输出轨迹,以保证在整个优化过程中可行解的存在。将增广的拉格朗日公式应用于分布式协调策略,采用并行协调方案实现各子系统同步优化,实现整个供水管网的次优状态。该分布式区间预测控制既保证了每个子系统的用水节点水头都被调控在期望的压力区间范围内;也保证了子系统之间相对独立性,便于子系统的分别调控。·在水力软件EPANET上搭建与实际供水管网运行工况具有一致性的管网系统,实施用水节点水头的分布式区间预测控制策略。从EPANET运行提供的各时刻的水泵流量、用水节点需水量和水头,验证了该用水节点水头的分布式区间预测控制策略具有实用性。