多级泵站联合调度的信息化设计

何洪兵

（天长市二峰电力灌溉总站　安徽　天长　239300）



多级泵站联合调度的信息化设计

何洪兵

（天长市二峰电力灌溉总站安徽天长239300）

摘要文章以工程实例为依托，在分析多级泵站联合优化调度需求的基础上，提出了多级泵站联合调度的信息化设计。期望通过本文的研究能够对同类工程提供借鉴参考。

关键词多级泵站；调度；信息化

1　工程概况

某灌区为灌排相结合的大型电力灌溉工程，整个灌区共涉及30余个乡镇，2000多个村庄。灌区渠首以上的流域面积约为10.33×104km2，多年平均径流量为75.96× 108km2。整个灌区内共计建有抽水泵站和排水泵站31座，机组137台，总装机容量为2.96万kW，抽水泵站居多，共计26座，机组108台，分为8级提水，累计净扬程86m，平均净扬程35m。抽水泵站的机组参数如表1所示。

由于灌区的供水面积相对较大，所以在调度时，需要采取分区调度的方法，按渠系将抽水泵站划分为5个分区，在此基础上，便可对区域需水量进行预测，然后按照实际区域内的单位水量的产值，合理确定出供水调度的优先级。

2　多级泵站联合优化调度的需求分析

对于多级泵站而言，其供水优化调度需求具体是根据灌区所在地的发展战略规划，在进行具体分析和选择模型前，由相关各方进行交流，确定改进优化的过程[1]。它既是系统设计目标的前提和基础，也是实施效果评价的参照，具体而言，需求分析是系统设计和模型选择是否合理的关键之所在。

2.1数据管理现状分析。

在泵站的运行调度中，所需的资料主要包括：来水预测、用水预测以及泵站历史运行情况等[2]。由于数据本身具有离散性的特点，所以很难据此进行长期的调度决策。同时，该地区的气象部门并未将降雨数据实现资源共享，这给降雨量的预测工作增添了一定难度。此外，由于泵站运行的历史数据没有实现完全的数据共享，加之各站间的数据系统尚未建立，从而给联合调度工作的进行增添了一定难度。

2.2调度运行现状分析。

目前，泵站的运行调度尚且没有数学模型作为指导，工作多以人为经验进行，调度中的一些关键参数也需要专门测量[3]。

导致上述问题的主要原因是数据采集手段较为落后、各部门之间的数据共享中断。鉴于此，必须加快建立适用于多级泵站供水的优化调度模型，借助决策的科学理论和方法来辅助决策，以此来改善决策效能。

3　多级泵站联合调度的信息化设计

想要实现多级泵站的联合调度，就必须构建起一个完善的供水调度管理决策支持系统，即以计算机为核心，以通信设备作为相关数据信息传输的主要工具，对多级泵站的供水调度信息进行采集、处理和传输，为管理决策提供信息的人机系统。图1为多级泵站调度信息结构示意图。

表1　抽水泵站机组主要参数指标

图1　多级泵站调度信息结构示意图

3.1系统目标

为使水资源能够得到优化配置，并为泵站的优化调度提供相关的辅助决策信息，本文提出多级泵站联合调度信息系统，系统的运行过程如下：系统会对输入的初始数据进行接收，并对接收到的所有数据进行整合，然后将这些数据转换成能够在其内部流动的信息，同时借助相关软件和硬件及编写模块，对上述信息进行处理，再以适合的形式进行表达，最后通过人机对话将用户需要的信息传给用户。

3.2系统规约

本文所提出的系统主要包括两大规约，即用户规约和功能规约，下面分别对这两个规约进行介绍。

3.2.1用户规约。本系统面对的用户主要包括以下三类，即管理决策人员、主管人员和普通用户。其中管理决策人员对系统的要求是直观化、可视化；主管人员对系统的要求是功能模块要足够强大且易于操作和使用；普通用户对系统的要求是查询简单便捷、界面友好。3.2.2功能规约。通过对系统用户的分析可知，该系统的主要功能需求包括以下几个方面：空间和属性数据的集成与管理功能、图文互查功能、属性数据编辑和图层控制功能、综合分析以及系统维护功能等等。

3.3系统集成

在对本系统进行开发设计的过程中，应当将先进性、成熟性、实用性等几个方面有机结合到一起，并尽可能使这几个特性达到协调、统一，同时还应遵循以下几点原则：对现有的设备设施加以充分利用，节约前期投资成本；对技术进行充分考虑，保证强有力的技术支撑；要确保系统安全、稳定、可靠运行；设计出来的系统要具备良好的开放性和可扩展性。本系统的设计开发可以选择的模式有以下几种：独立开发、二次开发、集成二次开发。数据的管理方法有文件管理、数据库管理、文件结合数据库管理等。为了确保数据信息的安全性，在进行系统开发时，可采用程序与数据相分离的方式，这样一来，数据存储便只与系统的参数有所关联，而与系统应用程序无关。在该前提下，可采用GIS对图形数据进行存储，同时可借助关系数据库，对图形属性数据一级非空间数据进行存储。除以上数据之外的其它数据，则可采用文件系统进行存储，如影像数据、栅格数据等，并由数据库的索引表对这部分数据进行管理[4]。

3.4联合优化调度模型的构建

层次性是多级泵站供水优化调度最为鲜明的特征之一，由于整个站群系统中有数量众多的泵站，加之这些泵站之间的供水关系相对比较复杂，使系统包含了不同层次的决策问题。通常情况下，当系统本身过于庞大时，如果仍然采用数学模型进行描述的话，则很难以最优化技术进行求解。为了有效解决这一问题，决定采用分解协调的方法，实践证明，该方法在复杂系统求解方面的效果较好[5]。

3.4.1协调模型。多级泵站的供水系统共有108台水泵机组，因泵站调度的组成结构较为复杂，并且影响泵站优化调度的因素较多，所以本文提出一种具备三层递阶结构的联合调度系统，即分解—协调、分解—聚合模型，具体如下：第一层为21个泵站站内机组优化调度子模型；第二层为5个多级泵站的优化调度和概化泵站的优化调度分模型；第三层为决策模型，用于协调各多级泵站和概化泵站的水量分配。

3.4.2优化调度模型。泵站提水流量是进行多级泵站系统优化和各泵站站内优化的关联因素。为此，可将各泵站的提水流量作为关联变量，实现分解—聚合功能，充分发挥该系统在调度系统递阶结构中的承上启下作用。为了对各个子系统的优化结果进行充分协调，应当采取相应的计算方法对多级泵站进行优化计算，以此来确保抽水灌溉系统可以用最低的成本获取最大的灌溉效益。同时，实现调度信息共享，确保第三层泵站群优化调度大系统能够及时获取信息，为合理调配有限水资源提供可靠依据。对于优化计算而言，首先可以由第三层协调模型提供水资源分配方案，然后在可行区域内完成离散，并以此对子系统进行优化，找出各个子系统单位时间内的总能耗与关联变量之间的关系，最后对聚合模型进行优化。

3.4.3供水扬程调度模型

在初始运行阶段，多级泵站提水系统的流量、水位等水力要素会处于协调运行状况，直到提水系统的流量稳定为止。在设计多级泵站提水系统时，要充分考虑各级扬程的优化问题[6]。如用最小功率法从总体上对农田灌溉工程的各站扬程进行分级，以满足合理选择机组的总体规划需要。在此基础上，还要在泵站的实际运行过程中，根据实际工况对各级站进、出水位进行优化组合，实现泵站的实时优化。为此，可在站内机组优化模型的基础上，建立多级泵站扬程优化模型，通过该模型的构建，可以协调各级泵站的优化结果，从而使泵站轴功率达到最小，系统获得最大的综合效益。

4　结语

综上所述，本文以某工程为实例，对多级泵站的联合优化调度决策系统设计进行了论述。目前，该系统已经在灌区投入使用，系统的运行比较稳定，并未出现任何异常。自系统投入运行后，有效提高了泵站的运行效率，并且还进一步提高了经济效益。由此可见，该系统具有一定的使用价值，可在同类项目中进行推广应用。多级泵站联合调度的信息化设计是一项较为复杂且系统的工程，在未来一段时期，应当加大相关方面的研究力度，为多级泵站的优化运行提供技术支撑。陕西水利

参考文献

[1]田雨,杨明祥,蒋云钟.水利信息化发展水平评价指标体系研究[J].南水北调与水利科技, 2014(12):114.117.

[2]汪亚超.泵站多型号水泵机组运行的优化调度[J].中国农村水利水电(农田水利与小水电), 2012(4):89.91.

[3]刘正祥,蒋丽娟.动态规划、模拟技术在多级泵站优化调度中的应用[J].灌溉排水,2011(2): 62.65.

[4]邵东国,李苏杰.梯级泵站供水系统水资源优化调度模型研究[J].水泵技术,2013(4): 84.85.

[5]高占义,谢崇宝.高扬程多梯级泵站提水灌区用水管理调度技术[J].河海大学学报(自然科学版),2013(10):87.89.

[6]赵新华,李霞.多水源输配水系统的二级优化调度模型研究[J].中国给水排水,2014(8): 101.103.

（责任编辑：畅妮）

中图分类号：TV675

文献标识码：A