基于泵阀联合调度的供水管网漏损控制及能耗优化

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随着城市供水管网规模的不断增大,漏损控制和能耗管理逐步成为除水质外自来水公司最为关注的问题和挑战。通过供水管网中水泵和减压阀(PRV)的联合调度,可以更加均匀地分配管网压力,减少管网中多余的水头,从而达到综合降低漏损和能耗的目的。考虑到传统的人工经验调度方法具有诸多缺陷,基于计算机技术、管网建模理论、优化调度理论,通过建立优化调度模型对管网进行联合调度,获取更大的综合效益具有重要意义,也将为水司实现科学现代化管理奠定重要基础。考虑到已有研究和方法的主要缺点,为使优化调度模型更具适应性和推广性,本文将减压阀(位置选择和开度设置)和水泵(开关或泵速)作为决策变量,以节省能耗和降低漏损水量带来的成本下降作为目标函数,使用遗传算法(GA)在多个工况下寻找优化解,最大程度地提升了减压阀和/或水泵调度带来的经济效益。基于一个小型管网和中国南方某城市H市城区管网,将三种控制策略(仅调度减压阀、仅调度水泵以及泵阀联合调度)的表现进行了对比分析。在小型管网中,联合调度在降低由漏损和能耗带来的总费用(以下简称总费用)方面取得了最佳的经济效益,与原始状态相比,减少了原漏损量的33.4%,原运行能耗的25.4%,总费用降低了 33.1%,与仅调度水泵策略相比,总费用下降了 9.9%;在H市管网中,联合调度三个时段总共降低了 15.0%的原管网漏损量,16.2%的原管网运行能耗,总费用综合降低了 15.1%,与仅调度水泵策略相比总费用下降了 5.4%,效果显著。在H市城区管网优化调度(减压阀位置确定)的基础上,对模型所选三个时段外的时段进行了优化调度。以时段6和18为例,与调度前相比,联合调度降低了时段6总费用的6.3%,时段18总费用的17.2%,证明了调度模型的有效性和适应性;当部分节点的最低压力限制从18m升到22m,以时段8和18为例,对比有无局部压力限制的调度前后情况,可以发现联合调度对于压力限制能有更好的响应,减压阀的加入使得对压力限制的处理更为灵活。
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