一種基于調度設計聯合優化的給水管網優化方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及給水管網調度、設計優化的技術領域，尤其涉及一種基于調度設計聯 合優化的給水管網優化方法。
【背景技術】
[0002] 隨著工業生產能力的提高，城市人口的不斷增加，以及人民生活水平的不斷改善， 對城市供水系統的要求也越來越高，供水系統的規模在不斷擴大，復雜性隨之提高。我國數 以百計的城市給水系統消耗的電能是很大的，傳統的經驗調度方式能耗浪費甚大，已不能 適應現代社會發展的需求。如果采用優化調度，不僅能節省大量能源，而且使管網能在合理 的狀態下運行，既保證供水的要求，也使管網的壓力更為合理。面對日益復雜的供水系統， 如何在滿足供水水量、水壓及水質要求的前提下，最大限度地提高供水系統的經濟效益和 社會效益，是擺在所有供水部門面前的重要課題。隨著科學技術的不斷進步，數學規劃、現 代控制理論及計算機技術等的不斷發展，有力地促進了大型系統的控制和管理水平的提 高，使供水系統借助計算機工具進行科學的調度管理成為可能。
[0003] 現有的供水系統調度優化方法僅針對水源流量、揚程優化，供水系統設計優化僅 針對管網直徑進行優化，無法滿足多水源向區域供水時，各水源點供水水量、水壓組合與管 網直徑組合對供水系統經濟最優的要求。
[0004]為此，申請人進行了有益的探索和嘗試，找到了解決上述問題的辦法，下面將要介 紹的技術方案便是在這種背景下產生的。
【發明內容】
[0005] 本發明所要解決的技術問題:針對現有技術的不足而提供一種基于調度設計聯合 優化的給水管網優化方法，該優化方法實現多水源供水系統水源供水水量、水壓組合與管 道直徑組合的最優，使得投資償還期內建造及運行費用即總費用最低。
[0006] 本發明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現：
[0007] -種基于調度設計聯合優化的給水管網優化方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1，采集管網基本參數和確定優化計算參數；
[0009] 步驟2,根據管網基本參數和優化計算參數，通過優化算法生成一組各水源流量 Qri，Qr2, ···〇[?;
[0010] 步驟3,根據管網基本參數和優化計算參數，通過優化算法生成一組管道直徑組合 Dl，D2，."Dp;
[0011] 步驟4,基于最高時工況下進行水力計算，獲得各水源壓力；
[0012] 步驟5,每一管道在其直徑下根據與之相對應的水源流量和水源壓力對其在各工 況下進行水力計算，獲得每一管道的節點壓力；
[0013]步驟6，判斷每一管道的節點壓力是否全部滿足最小允許水頭，若判斷為是，則進 入步驟7，若判斷為不是，則返回步驟3;
[0014] 步驟7,計算管網總費用W，根據以下公式進行計算：
[0015] 目標函數:W(Di，D2，D3...Dp;Qri，Qr2，···〇[?)
[0016] 約束條件：
[0018] 式中：Di為第i根管段的管徑;QRi為第i個水源點的供水水量;P為管網中管道個數； S為供水水源個數;W為以管網管徑和水源供水水量為變量的管網總費用;qi為與節點j直接 連接的第i根管段的流量說為節點j的節點流量;S k為與節點i直接連接的管段集合;Sks為 供水水源集合;N為管網中節點個數;HFl為管段i的上端節點水頭;H Tl為管段i的下端節點水 頭;lu為管段i的壓降；S為管的摩阻系數山為第i管段長度;Hp為各工況節點j的服務水頭； 為各工況節點j的最小允許水頭;qmini為第i根管段最小設計流量；
[0019] 步驟8,判斷是否計算完成全部的管網總費用，若判斷為是，則進入步驟9,若判斷 為不是，則返回步驟3;
[0020] 步驟9,對獲得的所有管網總費用進行排序，獲得總費用最低的一組管網直徑即為 該水源流量組合下的最優管徑結果；
[0021] 步驟10,判斷是否滿足依照步驟1所選擇的優化算法的退出準則，若判斷為是，則 進入步驟11，若判斷為不是，則返回步驟2;
[0022] 步驟11，對獲得的所有管網總費用進行排序，獲得總費用最低的一組管道直徑組 合和一組水源流量和壓力組合即為該供水系統的最優結果。
[0023] 在本發明的一個優選實施例中，所述管網基本參數包括管道拓撲結構、管道長度、 管道摩阻系數、管網節點數以及管段數等。
[0024] 在本發明的一個優選實施例中，優化計算參數根據優化算法不同選用不同的優化 算法參數。
[0025] 在本發明的一個優選實施例中，所述步驟2中的優化算法為遺傳算法、螞蟻算法、 神經網絡算法等中的一種。
[0026] 在本發明的一個優選實施例中，所述步驟3中的優化算法為遺傳算法、螞蟻算法、 神經網絡算法等中的一種。
[0027] 在本發明的一個優選實施例中，所述步驟10中的優化算法的退出準則為遺傳算法 的退出準則、螞蟻算法的退出準則、神經網絡算法的退出準則等中的一種。
[0028] 由于采用了如上的技術方案，本發明的有益效果在于:本發明結合供水系統調度 優化和設計優化的特點，滿足供水水量與水壓，以及管網系統總體最優的問題，通過計算機 編程計算的方法可獲得貼近實際并符合最優的水源與管徑組合，從而增強了供水系統布局 的科學性與經濟性，提高工作效率，同時實現多水源供水系統水源供水水量、水壓組合與管 道直徑組合的最優，其投資償還期內建造及運行費用即總費用最低。
【附圖說明】
[0029] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0030] 圖1是本發明的流程框圖。
【具體實施方式】
[0031] 為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結 合具體圖示，進一步闡述本發明。
[0032] 參見圖1，本發明的一種基于調度設計聯合優化的給水管網優化方法，包括以下步 驟：
[0033] 步驟1，采集管網基本參數和確定優化計算參數，其中，管網基本參數包括管道拓 撲結構、管道長度、管道摩阻系數、管網節點數以及管段數等;優化計算參數根據優化算法 不同選用不同的優化算法參數，例如，選擇遺傳算法，則其需要的優化參數包括種群大小、 變異率、交叉率、懲罰倍數、遺傳代數等，當然，也可以采用其他優化算計進行優化選擇；
[0034] 步驟2,根據管網基本參數和優化計算參數，通過優化算法生成一組各水源流量 Qri，QR2，…Qrs，這里的優化算法為遺傳算法、螞蟻算法、神經網絡算法等中的一種；
[0035] 步驟3,根據管網基本參數和優化計算參數，通過優化算法生成一組管道直徑組合 Di，D2，···Dp，這里的優化算