多級泵站聯合調度的信息化設計

何洪兵

（天長市二峰電力灌溉總站　安徽　天長　239300）

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多級泵站聯合調度的信息化設計

何洪兵

（天長市二峰電力灌溉總站安徽天長239300）

摘要文章以工程實例為依托，在分析多級泵站聯合優化調度需求的基礎上，提出了多級泵站聯合調度的信息化設計。期望通過本文的研究能夠對同類工程提供借鑒參考。

關鍵詞多級泵站；調度；信息化

1　工程概況

某灌區為灌排相結合的大型電力灌溉工程，整個灌區共涉及30余個鄉鎮，2000多個村莊。灌區渠首以上的流域面積約為10.33×104km2，多年平均徑流量為75.96× 108km2。整個灌區內共計建有抽水泵站和排水泵站31座，機組137臺，總裝機容量為2.96萬kW，抽水泵站居多，共計26座，機組108臺，分為8級提水，累計凈揚程86m，平均凈揚程35m。抽水泵站的機組參數如表1所示。

由于灌區的供水面積相對較大，所以在調度時，需要采取分區調度的方法，按渠系將抽水泵站劃分為5個分區，在此基礎上，便可對區域需水量進行預測，然后按照實際區域內的單位水量的產值，合理確定出供水調度的優先級。

2　多級泵站聯合優化調度的需求分析

對于多級泵站而言，其供水優化調度需求具體是根據灌區所在地的發展戰略規劃，在進行具體分析和選擇模型前，由相關各方進行交流，確定改進優化的過程[1]。它既是系統設計目標的前提和基礎，也是實施效果評價的參照，具體而言，需求分析是系統設計和模型選擇是否合理的關鍵之所在。

2.1數據管理現狀分析。

在泵站的運行調度中，所需的資料主要包括：來水預測、用水預測以及泵站歷史運行情況等[2]。由于數據本身具有離散性的特點，所以很難據此進行長期的調度決策。同時，該地區的氣象部門并未將降雨數據實現資源共享，這給降雨量的預測工作增添了一定難度。此外，由于泵站運行的歷史數據沒有實現完全的數據共享，加之各站間的數據系統尚未建立，從而給聯合調度工作的進行增添了一定難度。

2.2調度運行現狀分析。

目前，泵站的運行調度尚且沒有數學模型作為指導，工作多以人為經驗進行，調度中的一些關鍵參數也需要專門測量[3]。

導致上述問題的主要原因是數據采集手段較為落后、各部門之間的數據共享中斷。鑒于此，必須加快建立適用于多級泵站供水的優化調度模型，借助決策的科學理論和方法來輔助決策，以此來改善決策效能。

3　多級泵站聯合調度的信息化設計

想要實現多級泵站的聯合調度，就必須構建起一個完善的供水調度管理決策支持系統，即以計算機為核心，以通信設備作為相關數據信息傳輸的主要工具，對多級泵站的供水調度信息進行采集、處理和傳輸，為管理決策提供信息的人機系統。圖1為多級泵站調度信息結構示意圖。

表1　抽水泵站機組主要參數指標

圖1　多級泵站調度信息結構示意圖

3.1系統目標

為使水資源能夠得到優化配置，并為泵站的優化調度提供相關的輔助決策信息，本文提出多級泵站聯合調度信息系統，系統的運行過程如下：系統會對輸入的初始數據進行接收，并對接收到的所有數據進行整合，然后將這些數據轉換成能夠在其內部流動的信息，同時借助相關軟件和硬件及編寫模塊，對上述信息進行處理，再以適合的形式進行表達，最后通過人機對話將用戶需要的信息傳給用戶。

3.2系統規約

本文所提出的系統主要包括兩大規約，即用戶規約和功能規約，下面分別對這兩個規約進行介紹。

3.2.1用戶規約。本系統面對的用戶主要包括以下三類，即管理決策人員、主管人員和普通用戶。其中管理決策人員對系統的要求是直觀化、可視化；主管人員對系統的要求是功能模塊要足夠強大且易于操作和使用；普通用戶對系統的要求是查詢簡單便捷、界面友好。3.2.2功能規約。通過對系統用戶的分析可知，該系統的主要功能需求包括以下幾個方面：空間和屬性數據的集成與管理功能、圖文互查功能、屬性數據編輯和圖層控制功能、綜合分析以及系統維護功能等等。

3.3系統集成

在對本系統進行開發設計的過程中，應當將先進性、成熟性、實用性等幾個方面有機結合到一起，并盡可能使這幾個特性達到協調、統一，同時還應遵循以下幾點原則：對現有的設備設施加以充分利用，節約前期投資成本；對技術進行充分考慮，保證強有力的技術支撐；要確保系統安全、穩定、可靠運行；設計出來的系統要具備良好的開放性和可擴展性。本系統的設計開發可以選擇的模式有以下幾種：獨立開發、二次開發、集成二次開發。數據的管理方法有文件管理、數據庫管理、文件結合數據庫管理等。為了確保數據信息的安全性，在進行系統開發時，可采用程序與數據相分離的方式，這樣一來，數據存儲便只與系統的參數有所關聯，而與系統應用程序無關。在該前提下，可采用GIS對圖形數據進行存儲，同時可借助關系數據庫，對圖形屬性數據一級非空間數據進行存儲。除以上數據之外的其它數據，則可采用文件系統進行存儲，如影像數據、柵格數據等，并由數據庫的索引表對這部分數據進行管理[4]。

3.4聯合優化調度模型的構建

層次性是多級泵站供水優化調度最為鮮明的特征之一，由于整個站群系統中有數量眾多的泵站，加之這些泵站之間的供水關系相對比較復雜，使系統包含了不同層次的決策問題。通常情況下，當系統本身過于龐大時，如果仍然采用數學模型進行描述的話，則很難以最優化技術進行求解。為了有效解決這一問題，決定采用分解協調的方法，實踐證明，該方法在復雜系統求解方面的效果較好[5]。

3.4.1協調模型。多級泵站的供水系統共有108臺水泵機組，因泵站調度的組成結構較為復雜，并且影響泵站優化調度的因素較多，所以本文提出一種具備三層遞階結構的聯合調度系統，即分解—協調、分解—聚合模型，具體如下：第一層為21個泵站站內機組優化調度子模型；第二層為5個多級泵站的優化調度和概化泵站的優化調度分模型；第三層為決策模型，用于協調各多級泵站和概化泵站的水量分配。

3.4.2優化調度模型。泵站提水流量是進行多級泵站系統優化和各泵站站內優化的關聯因素。為此，可將各泵站的提水流量作為關聯變量，實現分解—聚合功能，充分發揮該系統在調度系統遞階結構中的承上啟下作用。為了對各個子系統的優化結果進行充分協調，應當采取相應的計算方法對多級泵站進行優化計算，以此來確保抽水灌溉系統可以用最低的成本獲取最大的灌溉效益。同時，實現調度信息共享，確保第三層泵站群優化調度大系統能夠及時獲取信息，為合理調配有限水資源提供可靠依據。對于優化計算而言，首先可以由第三層協調模型提供水資源分配方案，然后在可行區域內完成離散，并以此對子系統進行優化，找出各個子系統單位時間內的總能耗與關聯變量之間的關系，最后對聚合模型進行優化。

3.4.3供水揚程調度模型

在初始運行階段，多級泵站提水系統的流量、水位等水力要素會處于協調運行狀況，直到提水系統的流量穩定為止。在設計多級泵站提水系統時，要充分考慮各級揚程的優化問題[6]。如用最小功率法從總體上對農田灌溉工程的各站揚程進行分級，以滿足合理選擇機組的總體規劃需要。在此基礎上，還要在泵站的實際運行過程中，根據實際工況對各級站進、出水位進行優化組合，實現泵站的實時優化。為此，可在站內機組優化模型的基礎上，建立多級泵站揚程優化模型，通過該模型的構建，可以協調各級泵站的優化結果，從而使泵站軸功率達到最小，系統獲得最大的綜合效益。

4　結語

綜上所述，本文以某工程為實例，對多級泵站的聯合優化調度決策系統設計進行了論述。目前，該系統已經在灌區投入使用，系統的運行比較穩定，并未出現任何異常。自系統投入運行后，有效提高了泵站的運行效率，并且還進一步提高了經濟效益。由此可見，該系統具有一定的使用價值，可在同類項目中進行推廣應用。多級泵站聯合調度的信息化設計是一項較為復雜且系統的工程，在未來一段時期，應當加大相關方面的研究力度，為多級泵站的優化運行提供技術支撐。陜西水利

參考文獻

[1]田雨,楊明祥,蔣云鐘.水利信息化發展水平評價指標體系研究[J].南水北調與水利科技, 2014(12):114.117.

[2]汪亞超.泵站多型號水泵機組運行的優化調度[J].中國農村水利水電(農田水利與小水電), 2012(4):89.91.

[3]劉正祥,蔣麗娟.動態規劃、模擬技術在多級泵站優化調度中的應用[J].灌溉排水,2011(2): 62.65.

[4]邵東國,李蘇杰.梯級泵站供水系統水資源優化調度模型研究[J].水泵技術,2013(4): 84.85.

[5]高占義,謝崇寶.高揚程多梯級泵站提水灌區用水管理調度技術[J].河海大學學報(自然科學版),2013(10):87.89.

[6]趙新華,李霞.多水源輸配水系統的二級優化調度模型研究[J].中國給水排水,2014(8): 101.103.

（責任編輯：暢妮）

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