某调水泵站流量优化分配方案的敏感性分析

doi:10.11988/ckyyb.20240514

长江科学院院报 ›› 2024, Vol. 41 ›› Issue (10): 23-29.DOI: 10.11988/ckyyb.20240514

某调水泵站流量优化分配方案的敏感性分析

徐思雨¹(), 张召¹(), 雷晓辉¹^,², 杜梦盈¹^,³, 景象¹^,⁴, 范海龙¹^,²

¹ 中国水利水电科学研究院水资源研究所,北京 100038
² 河北工程大学水利水电学院,河北邯郸 056038
³ 江苏大学流体机械工程技术研究中心,江苏镇江 212013
⁴ 天津大学建筑工程学院,天津 300072

收稿日期:2024-05-14 修回日期:2024-06-21 出版日期:2024-10-01 发布日期:2024-10-25
通讯作者: 张召(1992-),男,河北石家庄人,高级工程师,博士,主要从事调水工程模拟与调控模型研究。E-mail:zhangzhao@iwhr.com
作者简介:
徐思雨(1998-),女,河北唐山人,硕士研究生,主要从事水文与水资源研究。E-mail:1393508248@qq.com
基金资助:
中国水力发电工程学会青年人才托举工程项目(CSHE-YESS-2024009)

Sensitivity Analysis of Optimal Flow Allocation Scheme for a Water Diversion Pump Station

XU Si-yu¹(), ZHANG Zhao¹(), LEI Xiao-hui¹^,², DU Meng-ying¹^,³, JING Xiang¹^,⁴, FAN Hai-long¹^,²

¹ Department of Water Resources, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China
² College of Water Resources and Hydropower, Hebei University of Engineering, Handan 056038, China
³ Fluid Machinery Engineering Technology Research Center, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China
⁴ School of Civil Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China

Received:2024-05-14 Revised:2024-06-21 Published:2024-10-01 Online:2024-10-25

摘要/Abstract

摘要：

针对调水泵站在提水过程中流量监测误差导致的流量优化分配方案可靠性和实用性不足的问题,基于粒子群算法构建泵站流量优化分配模型,揭示泵站开机台数和整体效率对流量监测误差的响应规律,并识别最优开机台数敏感区域,以指导泵站现地实时控制。以珠三角水资源配置工程鲤鱼洲泵站为例进行分析,结果表明:泵站最优开机台数敏感区域主要集中在开机台数调整过渡区间;流量监测误差一定时,最优开机台数敏感区域随流量增大而扩大,且开机台数敏感区域占比与流量监测误差绝对值呈正相关;流量监测误差导致泵站效率变幅集中在2%以内。因此,在制定泵站开机方案时,鉴于开机台数调整过渡区间处工况对流量监测误差较为敏感,故需特别关注相应工况处的流量监测误差,以减少非必要机组调控。

关键词: 调水泵站, 流量优化分配, 敏感性分析, 流量监测误差, 粒子群算法

Abstract:

To address the insufficient reliability and practicality in the optimal flow allocation scheme, which arises from flow monitoring errors during water pumping at diversion pump stations, we developed an optimal flow allocation model based on the particle swarm optimization algorithm. This model reveals how the number of pumping units and overall efficiency respond to flow monitoring errors, and identifies a sensitive range for the optimal number of power-on pumping units to guide real-time control strategies. With the Liyuzhou Pumping Station from the Pearl River Delta Water Resources Allocation Project as a case study, our results indicate that the sensitive range for the optimal number of pumping units primarily concentrates in the transition zone during number adjustments. When the flow monitoring error remains constant, this sensitive range expands as flow increases, with the proportion of the sensitive range positively correlated to the absolute value of the monitoring error. Additionally, flow monitoring error leads to changes (fluctuating within 2%) in the efficiency of pumping station. Consequently, when making start-up plans for the pumping station, it is crucial to pay special attention to flow monitoring errors in the transition interval of operating conditions, as these conditions significantly impact the necessity for unit regulation adjustments.

Key words: water diversion pump station, optimal flow allocation, sensitivity analysis, flow monitoring error, particle swarm optimization algorithm

中图分类号:

TV675

徐思雨, 张召, 雷晓辉, 杜梦盈, 景象, 范海龙. 某调水泵站流量优化分配方案的敏感性分析[J]. 长江科学院院报, 2024, 41(10): 23-29.

XU Si-yu, ZHANG Zhao, LEI Xiao-hui, DU Meng-ying, JING Xiang, FAN Hai-long. Sensitivity Analysis of Optimal Flow Allocation Scheme for a Water Diversion Pump Station[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2024, 41(10): 23-29.

图/表 10

表1 泵站基本情况[17-18]

Table 1 Basic information of the pump station[17-18]

泵站名称	台数	泵站流量/(m³·s^-1)		泵站扬程/m
泵站名称	台数	最小值	最大值	最小值		最大值
鲤鱼洲	8	20	80	12.3		48.0

图1 电动机效率曲线

Fig.1 Curves of motor efficiency

图2 水泵安全稳定运行约束区域

Fig.2 Constraint area of safe and stable operation of water pump

图3 泵站流量优化分配模型求解流程

Fig.3 Flowchart of solution to the optimal flow allocation model for pumping station

表2 部分工况下的流量优化分配方案

Table 2 Optimal flow allocation scheme under partial working conditions

扬程/m	不同泵站流量下各机组分配的流量/(m³·s^-1)				机组编号
扬程/m	20 m³/s	40 m³/s	60 m³/s	80 m³/s	机组编号
12.3	10	10	10.01	—	1
	10	10	10.01	—	2
	0	10	10.01	—	3
	0	10	10.01	—	4
	0	0	9.99	—	5
	0	0	9.99	—	6
	0	0	0	—	7
	0	0	0	—	8
30.3	10	13.33	11.92	12.89	1
	0	0	0	0	2
	10	13.33	11.92	12.85	3
	0	0	0	0	4
	0	13.33	12.07	13.53	5
	0	0	0	13.53	6
	0	0	12.04	13.59	7
	0	0	12.04	13.59	8

图4 泵站最优开机台数分布

Fig.4 Distribution of the optimal number of power-on pumping units

图5 泵站效率分布情况

Fig.5 Pumping station efficiency

图6 不同流量监测误差影响下敏感区域分布

Fig.6 Sensitive ranges under different flow monitoring errors

表3 不同流量监测误差影响下敏感区域占比

Table 3 Proportion of sensitive areas under the influence of different flow monitoring errors

监测误差/%	占比/%	监测误差/%	占比/%
+1	3.52	-1	3.41
+3	8.37	-3	8.85
+5	13.79	-5	15.18

表4 不同流量监测误差影响下泵站效率变幅占比

Table 4 Proportions of pumping station efficiency variation under different flow monitoring errors

类别	误差/ %	占比/%			类别	误差/ %	占比/%
类别	误差/ %	变幅 0~2%	变幅 2%~ 4%	变幅 4%~ 6%	类别	误差/ %	变幅 0~2%	变幅 2%~ 4%	变幅 4%~ 6%
敏感区域	+1	85.63	14.37	0.00	不敏感区域	+1	98.45	1.55	0.00
	-1	87.31	12.69	0.00		-1	97.57	2.43	0.00
	+3	86.64	13.11	0.25		+3	97.49	2.51	0.00
	-3	92.73	7.27	0.00		-3	96.32	3.68	0.00
	+5	91.97	7.65	0.38		+5	96.83	3.11	0.06
	-5	91.31	8.34	0.35		-5	96.71	3.16	0.13

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