景泰川電力提灌梯級(jí)泵站調(diào)度優(yōu)化

都娟娟

(甘肅省景泰縣景電管理局調(diào)度室，甘肅 景泰 730400)

1 總體構(gòu)架分析

景泰川電灌工程泵站調(diào)度系統(tǒng)采用分層次、分管權(quán)限的結(jié)構(gòu)，調(diào)度結(jié)構(gòu)體系分為管理局調(diào)度中心、水管所調(diào)度分中心和泵站的監(jiān)控。在管理局調(diào)度中心和水管所分中心的局域網(wǎng)建設(shè)上，結(jié)合公網(wǎng)和專用光纖2種信息管網(wǎng)，建立鏈接接總調(diào)度中心、水管所、泵站的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通過(guò)數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換、共享和傳輸功能，為泵站的遠(yuǎn)程遙控、現(xiàn)地監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、越線報(bào)警、故障判斷和優(yōu)化調(diào)度提供了安全可靠的信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，提高了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為依托，泵站區(qū)域信息采集系統(tǒng)全覆蓋、通信傳輸系統(tǒng)為保障，決策支持系統(tǒng)為核心的泵站信息自動(dòng)化管理水平，為泵站水資源的優(yōu)化配置和環(huán)境保護(hù)提供調(diào)度決策。

2 優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行決策方案

景泰川電灌多梯級(jí)泵站和多管渠組成的飲水工程中，泵站與管道之間形成了密切的水力關(guān)系，各級(jí)泵站的提水量與管道運(yùn)行的水位影響著整個(gè)供水系統(tǒng)的運(yùn)行。泵站運(yùn)行的調(diào)度優(yōu)化，既要考慮泵站內(nèi)部機(jī)組的配合，又要考慮泵站之間決定水力要素的組合。泵站中的機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)等各類設(shè)備的技術(shù)參數(shù)、運(yùn)行的特征以及機(jī)電設(shè)備間的流量和揚(yáng)程的優(yōu)化配置決定著泵站是否達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)。景泰川提灌泵站的機(jī)組工作狀況屬于不可調(diào)節(jié)的，對(duì)此要通過(guò)優(yōu)化調(diào)度的形式實(shí)現(xiàn)梯級(jí)間的流量最優(yōu)平衡。由于景泰川灌區(qū)上下級(jí)泵站之間的流量之間相互影響，上級(jí)泵站的提水流量除了滿足下一級(jí)泵站所需水流量外，還要滿足兩級(jí)泵站之間灌溉面積的流量。對(duì)此，泵站內(nèi)部機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行外，還要考慮泵站之間水流量的優(yōu)化，嚴(yán)格控制泵站進(jìn)水池的水位，它決定著控制泵站的運(yùn)行揚(yáng)程變化。

3 泵站內(nèi)部?jī)?yōu)化調(diào)度

根據(jù)泵站流量提取的特點(diǎn)，確定單臺(tái)機(jī)組和兩臺(tái)同型號(hào)機(jī)組以并聯(lián)的連接方式運(yùn)行。在確定揚(yáng)程和流量的工作狀況下，單座泵站有多臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，其型號(hào)有多種不同組合，則對(duì)應(yīng)的運(yùn)行功率也不同，但是有一種最佳的運(yùn)行組合，這種最佳的組合方案可通過(guò)測(cè)試手段和建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組調(diào)度的優(yōu)化，提高泵站運(yùn)行效率，減少水資源的浪費(fèi)和能源的消耗，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。景泰川電灌泵站水泵的角度不可調(diào)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速是固定的，因此，泵站內(nèi)部?jī)?yōu)化調(diào)度以實(shí)現(xiàn)最小耗能為目標(biāo)。通過(guò)規(guī)劃方法求出第1階段至第N階段的變量，求出多臺(tái)機(jī)組最小耗能組合，使機(jī)組配備和組合為最優(yōu)運(yùn)行組合。

4 梯級(jí)泵站聯(lián)合調(diào)度

景泰川電灌梯級(jí)泵站間的運(yùn)行優(yōu)化是通過(guò)計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)完成，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)的進(jìn)水池與出水池水位，在進(jìn)水池容積既定的情況下通過(guò)水位直接反映蓄水量，使泵站供水系統(tǒng)耗能最小。水位是決定梯級(jí)泵站運(yùn)行參數(shù)可選擇的唯一水力要素，而流量是決定同級(jí)泵站選擇水力的要素。因此，水位優(yōu)化是梯級(jí)泵站運(yùn)行的優(yōu)化目標(biāo)。但在具體運(yùn)行中，梯級(jí)泵站的調(diào)度受各種因素的影響，要根據(jù)隧洞、輸水渠道、橋涵等供水系統(tǒng)工程中建筑物的技術(shù)參數(shù)和輸水能力決定，采取系統(tǒng)科學(xué)理論建立景泰川電灌梯級(jí)泵站運(yùn)行調(diào)度數(shù)學(xué)模型，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型進(jìn)行求解，可得出調(diào)度周期內(nèi)泵站機(jī)組開(kāi)停的最佳時(shí)段，從而減少多次開(kāi)停機(jī)而帶來(lái)的耗損。

5 梯級(jí)泵站之間調(diào)度優(yōu)化模型

通過(guò)調(diào)整揚(yáng)程對(duì)梯級(jí)單座泵站內(nèi)部和泵站系統(tǒng)運(yùn)行級(jí)間進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，因?yàn)閾P(yáng)程不僅影響單座泵站內(nèi)部的機(jī)組效率和耗能，而且也影響著相鄰上下級(jí)間泵站運(yùn)行機(jī)組的效率和能耗，因此，梯級(jí)泵站的調(diào)度優(yōu)化就是水位的優(yōu)化。所以，以景泰川的梯級(jí)泵站調(diào)度現(xiàn)狀建立優(yōu)化調(diào)度模型，就以提水揚(yáng)程作為關(guān)系變量Hj，建立模型，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬運(yùn)算優(yōu)化梯級(jí)泵站之間調(diào)度運(yùn)行方案。模擬運(yùn)算首先要求關(guān)系變量Hj在這個(gè)模型中通過(guò)水位變化允許變量在變化范圍內(nèi)離散。實(shí)際上泵站的進(jìn)水池水位和出水池水位組合決定了泵站的揚(yáng)程，還根據(jù)實(shí)際水位變化幅度決定揚(yáng)程的間隔大小，進(jìn)一步計(jì)算出各級(jí)泵站對(duì)應(yīng)揚(yáng)程Hj最小功率，實(shí)現(xiàn)耗電最小、成本最低的調(diào)度優(yōu)化模型。

圖1 景泰川電灌泵站梯級(jí)調(diào)水水位示意圖

6 泵站調(diào)度優(yōu)化管理

泵站調(diào)度系統(tǒng)在科學(xué)規(guī)劃后通過(guò)對(duì)自然降水預(yù)測(cè)、現(xiàn)行水位和實(shí)時(shí)流量等因素制定供水調(diào)度優(yōu)化方案，根據(jù)制定的供水方案發(fā)布調(diào)度指令，確保精確供水。泵站調(diào)度的流程：首先泵站接受控制站的提水需求，其次泵站根據(jù)要求向控制站發(fā)送調(diào)度執(zhí)行指令，控制站執(zhí)行結(jié)束后將指令信息返回給泵站。景泰川電灌在一期工程和二期工程前期采用電話調(diào)度模式，二期工程后期和民勤調(diào)水工程采用網(wǎng)絡(luò)調(diào)度模式，如圖2所示，大大提高了調(diào)度的精確性，優(yōu)化了調(diào)度管理。

圖2 灌溉網(wǎng)絡(luò)調(diào)度模式示意圖

7 結(jié)語(yǔ)

景泰川電灌梯級(jí)泵站的優(yōu)化調(diào)度保證了供水工程的安全運(yùn)行，通過(guò)信息技術(shù)手段提高了調(diào)度運(yùn)行管理的效率，實(shí)現(xiàn)了泵站調(diào)度管理的現(xiàn)代化。景泰川電灌利用先進(jìn)的信息技術(shù)，完成了泵站調(diào)度信息收集和處理的數(shù)字化、集成化和智能化的改造，提升了泵站自動(dòng)化水平，促進(jìn)了泵站技術(shù)升級(jí)，使泵站在科學(xué)調(diào)度和安全運(yùn)行中節(jié)約了資源、減少了成本，獲得了最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。