浅析动态规划法在泵站运行管理中的应用

苏畅

摘 要 本文通过论述动态规划法用于泵站管理的内涵意义，指出在泵站运行管理中，技术人员要利用动态规划法建立机组优化运行的动态规划数学模型，对于模型变量进行阶段选择。同时利用动态规划法对目标函数进行确定，选择抽取单位水量的耗能作为最小量为评价指标，最终实现对泵站机组功能的优化。

关键词 动态规划法;泵站运行;应用

随着我国基础建设速度的加快，灌区泵站的建设与管理也上升到了一个新的高度，加强泵站的运行管理，对于提升建筑建设质量，降低能耗有着非常重要的作用。从概念意义上来讲，泵站是指能够提供一定压力和流量的液压动力和气压动力的装置和工程。按照分类来讲，主要有污水泵站、雨水泵站和河水泵站，油箱、电机、泵及相关的房屋是泵站基本组成。动态规划是指一个决策序列是在变化的状态中产生的，多阶段最优化解决问题的过程就是动态规划发挥作用的过程。本文将通过论述动态规划法用于对于泵站运行管理的内涵意义，指出动态规划法在泵站运行管理中的应用策略，希望对泵站管理提供借鉴。

1动态规划法用于泵站管理的内涵意义

动态规划法算法与分治法的原理相似，基本思想是将要求解的问题分解成若干个小问题，先对小问题进行求解，然后从整体上依靠子问题得到原问题的解。动态规划法从具体的问题出发，用管理者的实际经验建立数学模型，不管子问题以后是否会被运用到，都能将其结果填入相应的算法规则中，便于以后统计分析。动态规划法将静态问题动态化，可以让管理问题变得简化，减少工作量。动态规划法用于泵站运行管理中可以优化多级泵站调度管理，提升站内机组运行组合的效率，同时可以精确化的计算叶片安装角度，强化泵站实际运行质量[1]。

2动态规划法用于泵站运行管理中的方法

2.1 建立机组优化运行的动态规划数学模型

灌区泵站采用的机泵型号通常不同，在同样的扬程要求下，如果机泵的组合不同，水泵的流量、功率及效率等也会不同，不管采用何种机泵运行组合，都必须以经济安全为前提。运用规划法对各种机泵进行组合管理，可以达到经济运行的目的。在具体的应用中，首先要建立动态规划模型，体现“最优化原理”，描述为：机泵组合的多阶段最优策略，需要体现出每个阶段的最佳参数组合，不管初次选定的组合参数如何，对于前面决策产生的状态来讲，各阶段的决策必须构成最优策略。因此在建立数学模型时，需要将水泵规模、流量、管道效率、水泵效率等进行综合考虑，观察单一变量对机泵组合的影响[2]。

2.2 泵站管理中各种变量的选择

泵站运行管理中涉及的变量主要有阶段变量、状态变量和决策变量三种。数学模型的建立是基于三种变量的变化而不断得到优化的：①阶段变量组成整个泵站运行管理的各时段单元，在调度管理中，各时段内的事件依从发生，这个阶段产生的变量就是阶段性变量n，泵站管理每个阶段都要做出相关的决策，这就是策略;动态规划对于阶段变量有时间和空间的影响，按照变量发生的时间段不同，划分为n=1为初始阶段变量，n=N为终止阶段变量。泵站在运行管理中，要及时对不同时间发生的变量情况进行统计，制定出变量管理策略，帮助机泵运行的高效性。②泵站管理中的状态变量主要用于多阶段决策中各时段所处事件的演变，在泵站运行管理中，可以采用直接或间接的手段获得状态变量值，对于泵站的运行过程进行说明，用状态变量Sn来描述过程演变可能发生的状态以及情况。③决策变量是泵站运行管理的关键变量，在任一阶段n中，当给出运行管理的初始状态Sn-1后，任何一个决策dn都会得到不同阶段的末状态，由于决策决定着泵站运行管理的演变，必须从最佳泵组合中采用最佳的决策。

2.3 动态规划法用于机泵运行目标函数的确定

动态规划法用于泵站运行管理中，在确定完成机泵运行功率后，就需要对目标函数进行确定。在管理运行系统中，衡量优化效果的准则有很多，可以以净效率或者灌溉面积最大为目标，也可以根据泵站节能降耗要求，以投资和运行费用最小为原则。很多泵站的机组叶片不能随便调节，导致流量之和与实际灌溉要求的流量不能吻合，泵站的弃水量和渠道的损失水量都反应在了泵站的抽水费用上，因此动态规划法用于目标函数的确定上，可以选择抽取单位水量的耗能最小量为评价指标，涉及参数包括e-抽取单位水量耗能、k-泵站实际开机台数、Hi-第i台水泵的工作扬程等[3]。

2.4 动态规划法用于机组运行数学模型的计算

泵站内管道分布往往具有空间特征，可以在运行管理中，将管道分为一系列阶段，设一定的干管数量，将阶段变量、状态变量以及决策变量用于泵站管理各阶段的模型计算中，从而规划出泵站管道系列化系统图，这对于优化泵站管道运行管理具有非常大的作用。动态规划法除了用于机组运行模型计算外，也可以利用泵站管理人员的实际经验，对影响机泵运行的各个约束项制定约束条件，比如边界约束、状态约束、决策约束以及流量约束等，让最终计算得到的机组模型总流量与实际灌溉总流量相吻合，达到节能节水的目的，满足灌区的要求。因此，动态规划法是一种采用数学模型的方法，解决泵站长期运行管理中出现的机泵组合效率下降的方法，通过创设不同的子系统，最终实现泵站机组高效率运行[4]。

3结束语

综上所述，泵站是我国水利工程的重要组成部分，合理的泵站运行管理可以提升机泵组合的运行功率，减少不必要的能源浪费。动态规划法是一种高效的泵站运行管理方式，主要用于机泵组合的优化控制，在实际运用中，一般是首先选择阶段性的变量，通過变量设置，让整体决策到达最优化状态，同时也能对目标函数进行控制，选择最合适的单位水量值。因此，在泵站运行管理中，泵站技术人员要本着动态规划法的原则，实时对机泵组合进行优化控制，满足灌区灌溉需求。

参考文献

[1] 宋万奇.基于动态规划法的泵站优化运行研究[J].黑龙江水利科技，2018，46（3）：11-15.

[2] 柳富明.基于动态规划法的原油长输管道最优化设计[J].管道技术与设备，2018，151（3）：9-15.

[3] 江磊，专祥涛.泵站多机组变频变速调节运行优化研究[J].人民长江，2018，49（18）：97-102.

[4] 黄秋歌，周皞，孙昊，等.基于动态规划法的宿迁地区灌溉管道经济流速研究[J].水利与建筑工程学报，2019，21（4）：254-259.