基于时段电价的梯级泵站流量优化调度研究

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【摘 要】梯级泵站群调水系统投资大、运行时间长、运行维护成本高。结合地区实际，制定好的调度策略，是提高系统效率、节约成本的关键。本文利用大系统分解协调法的思想对梯级泵站优化调度问题进行分层分析，充分考虑时段电价影响，分别采用粒子群算法和动态规划法求解两个层次，建立了基于时段电价的梯级泵站流量优化调度模型。通过在东深供水工程梯级泵站优化调度问题中的应用，验证了该模型的优越性，有效性。

【关键词】梯级泵站 优化调度 动态规划

一、引言

基于中国的水资源分布具有总量多、区域时间分布极不均匀的特点，近年来，为了解决缺水、少水地区用水上的困难，国家投资了多项调水工程，如南水北调工程、东深供水工程、胶东引黄调水工程等。为了实现长距离、大流量、高水头差调水，大多采用梯级泵站群的方式调水。以多级泵站组成梯级，在每级泵站内采用多台机组，从而满足调水需求。

这类梯级泵站群调水系统投资大、运行时间长、运行维护成本高。如何进行调度，确定调水策略，是提高系统效率、节约成本的关键。

关于这类问题，已经有很多研究人员做过相关的研究工作[1][2][3][4]，但在他们的模型中，要么是仅考虑了各级泵站间的抽水流量的最优分配，而没有考虑时段电价的问题[2][4]，或者虽考虑了时段电价的问题但因受开停机次数的约束而将时段划分的很粗[1][3]，不能完全体现时段电价的影响，造成优化结果偏离实际，并且忽视了对抽水流量的优化。究其原因，没有找到一个合适的模型来建立考虑了时段电价影响的抽水流量优化模型。因此，为了使模型的适用范围更广，通用性更强，在本文中，采用了不要求目标函数和状态变量连续可微而有利于本问题建模的粒子群算法[5][6][7]，并结合动态规划法，建立起针对上述两个影响因素的新的两层模型。

二、基于时段电价的梯级泵站流量优化调度模型

整个问题可分为两个层次来考虑。第一个层次为各梯级泵站组成的泵站系统，这些泵站之间为串联连接。第二个层次为各泵站内部的几台机组，这些机组之间为并联连接。

第一个层次得到每级泵站在各个时段内所分得的最优输水量（扬程、流量等），第二个层次得到每级泵站内部机组的最优调度策略（开、停机的时机，开机的角度等）。这两个层次形成一个有机的整体，通过这两个层次的共同优化，最终能够在给定的外部条件（供需水量，泵站性能等）的基础上，确定出整个泵站系统在某个时刻，或者是在某段时间内的运行策略。这个两个层次之间通过每个梯级的流量及水头这一中间量联系起来。具体来说，就是在第一层次根据梯级泵站在某一时段内所分配的调水流量来求得这一时段内各个梯级的调水流量和水头，然后再在第二个层次根据第一层次的结果来确定每个梯级内各个机组的流量。

（一）第一层

（二）第二层

（三）模型求解

四、结语

梯级泵站调水是一个投资大、时期长、维护运行成本高的调水方法。调度方案的选择对成本有较大影响。如何确定梯级泵站调度方案，对节约成本有重要意义。本文在原有方法基础上提出了更贴合实际的优化模型，并采取了新的求解方法。最后的实例验证了本文方法的有效性。今后如何更好的考虑时间的连续性和泵站运行的稳定性是梯级泵站优化调度的一个新的研究方向。

参考文献：

[1] 朱劲木，龙新平，刘梅清，周龙才.东深供水工程梯级泵站优化调度.水力发电学报.2005，24（3）：124～127.

[2] 蒋绍阶，陈金锥，张智.多级串联加压泵站供水系统优化调度研究.给水排水.2006，32（11）：96～99.

[3] 刘德祥，何忠人，郑玉春，汪益三.大岗坡―石台寺多级泵站群优化调度模型研究.水电能源科学.1995，13（4）：236～241.

[4] 李崇浩，纪昌明，缪益平.基于微粒群算法的梯级水电厂短期优化调度研究[J].水利发电学报. 2006，25（2）：99-101.

[5] 茹忠亮，赵洪波，索玉萍.微粒群算法在结构优化设计中的应用[J].河南理工大学学报. 2006，25（5）：10-13.

[6] 罗云霞，王万良，周慕逊.基于自适应粒子群算法的梯级小水电群优化调度研究.水力发电学报.2008，27（4）：7～11.