CN109492819A - 基于时间优化分区的感潮泵站系统变台数+变角日优化运行方法 - Google Patents

Abstract

基于时间优化分区的感潮泵站系统变台数+变角日优化运行方法，属于泵站节能技术领域，本发明公开了根据感潮泵站水位变化规律计算确定泵站系统变台数+变角日优化运行方法；包括：全面计算大型泵站系统运行能耗，以泵站系统运行能耗最小为目标，计算确泵站定流量、定扬程的优化运行方案；定量计算水泵机组开停机费用；确定感潮泵站扬程日变化规律，确定泵站系统变台数‑变角日优化运行方案变工况时间分区数量与界限范围；以感潮泵站系统运行与开停机费用最少为目标，建立泵站系统变工况时间优化分区的变台数‑变角日优化运行数学模型；采用智能算法计算确定泵站系统变台数‑变角日优化运行方案。本发明方法应用于感潮泵站，节省运行费用3％～9％。

Description

基于时间优化分区的感潮泵站系统变台数+变角日优化运行 方法

技术领域

本发明属于泵站节能技术领域，涉及基于时间优化分区的感潮泵站机组台数+变角日优化运行方法，具体的说是针对现有泵站运行模式存在的高耗能问题，以满足日总抽水水量要求、泵站安全运行为前提，给出以感潮泵站系统运行总费用最少为目标的基于变工况时间优化分区的变台数+变角日优化运行方案的确定方法。

背景技术

我国在沿江和沿通江运河建起了许多大型泵站，这些泵站在灌溉排涝和调水中发挥关键作用，但其特点是，扬程随潮位变化，一天两次高潮、两次低潮，而目前泵站运行模式——机组运行台数和叶片角度通常是固定不变的，能源浪费严重。

发明内容

本发明的目的是为了克服由于感潮泵站系统以单一运行模式运行时系统效率低下造成能源严重浪费的缺点，提出一种基于时间优化分区的感潮泵站机组台数+变角日优化运行方法的确定方法，在满足一天总抽水量、泵站安全运行的前提下，系统总费用最省时感潮泵站一天内机组运行台数和叶片角度变化次数、时间优化分区、各时间分区的机组运行台数和叶片安装角度。

本发明的技术方案是：基于时间优化分区的感潮泵站变台数+变角日优化运行方法，其特征在于：根据感潮泵站水位、扬程变化规律，将一天分为不同的时段并优化时间分区，基于改进粒子群算法，考虑泵站运行费用及开、停机费用，满足抽水水量要求，计算确定泵站系统日运行费用最省时，每一时段泵站机组运行台数台数与叶片角度组合。

一种基于时间优化分区的感潮泵站变台数+变角日优化运行方法，包括如下步骤：

A：大型泵站系统运行全能耗计算；

B：泵站一定流量、扬程下泵站系统变台数+变角优化运行方案确定；

C：泵站感潮侧水位和泵站扬程日变化规律确定；

D：泵站系统变台数+变角日优化运行方案变工况时间分区数量与界限范围确定；

E：泵站机组开停机部件损耗费用定量计算；

F：基于时间优化分区的泵站系统变台数+变角日优化运行数学模型；

G：基于时间优化分区的泵站系统变台数+变角日优化运行时间优化分区与分区运行方案计算确定。

步骤A中所述大型泵站系统运行全能耗计算方法如下：大型泵站系统按照能量传递的顺序，电能从泵站外变电所经专用高压输电线路进入泵站主变压器，再沿供电电缆向水泵系统及站用辅助设备(如油气水系统、拦污清污设备、照明设备、通风设备)等站用电设备供电。因此，计算泵站系统运行总费用F_z时，系统的总能耗包括主水泵系统能耗P_pm、变压器能耗ΔP_b、输电线系统能耗ΔP_te和站用辅助设备系统能耗P_zn，其中各能耗具体计算依次如下：

式中，P_pm为主水泵系统能耗；ρ为水体密度，kg/m³；g为重力加速度，m/s²。Q_z为泵站流量，m³/s；H_z为泵站装置扬程，m；η_z为泵装置效率；η_dr为传动机构效；η_mot为电动机效率。

式中，ΔP_b为变压器损耗，kW；P₀为变压器额定空载有功损耗，即铁损，kW；k为无功经济当量，按变压器在电网中的位置取值，一般可取k＝0.1kW/kvar；Q₀为变压器额定励磁功率，kW；S为变压器容量，kVA；S_e为变压器额定容量，kVA；P_f为变压器额定负载有功损耗，即铜损，kW；Q_f为变压器额定负载漏磁功率，kW；I₀％为变压器空载电流，％；U_d％为变压器阻抗电压，％。

输电线路功率损耗与输电电流、电缆长度及电缆本身的参数有关。根据输电线路连接设备的输入功率即可求得输电线路电流，即

这一电流在全线上产生的功率损耗为

其中：ΔP_te'为单根输电线路损耗，kW；I_te'为单根输电线路电流，A；P为输电线路连接设备的输入功率，kW；U_e为该设备额定电压，kV；为功率因素；r₀为输电线单位长度电阻，Ω/km；l为线路长度，km。

由于向泵站供电的输电线路分为三部分：站外变电所向泵站主变压器供电的输电线路、主变压器向泵站主电动机母线和站内其他机电设备供电的输电线路和母线至主电动机的输电电缆，因此，输电系统损耗ΔP_te为这三部分损耗之和，计算公式为：

站内用电设备主要包括为保证主水泵机组正常工作而设置的必要辅助设备，通常包括：油气水系统、励磁变压器、拦污清污设备、照明设备和通风设备等。在这些站用电设备中，不同设备运行时间长短不同，因此，计算一周期内站用辅助设备总能耗，并计算出每单位流量站用辅助设备所耗功率P_zn'，则站用辅助设备系统能耗P_zn为：

P_zn＝P_zn'×Q_z (6)

其中，Q_z为泵站流量，m³/s；P_zn'为每单位流量站用辅助设备所耗功率，kW/(m³/s)。

考虑到感潮泵站受潮汐影响的特殊性，拟采用多次变机组运行台数和变叶片角度的措施来实现泵站的优化运行，因此，计算泵站系统总费用时，开停机损耗费用fe_{on_off}亦不可忽略，其精确计算方法见步骤E开停机损耗费用精确定量计算。

步骤B中所述泵站一定流量、扬程下泵站系统变台数+变角优化运行方案确定方法如下：泵站扬程H_z一定，泵站抽水流量在要求抽水流量增加0～最大机组单机流量q_max范围运行时，单位流量系统能耗(kW/(m³/s))最小的开机方案为最优运行方案，以泵站系统单位流量系统能耗最小为目标，建立优化数学模型如下：

约束条件：

式中，ρ为水体密度，kg/m³；g为重力加速度，m/s²；Q_i为第i座泵站机组单机流量，m³/s；Q_i,min、Q_i,max分别为第i座泵站最小、最大单机流量，m³/s；α_i为第i座泵站叶片角度，°；Q_x为泵站需要抽水流量，m³/s；α_i,min、α_i,max分别为第i座泵站最小、最大叶片角度，°；H_zi第i座泵站装置扬程，m；η_zi为第i座泵站泵装置效率；η_dri为第i座泵站传动机构效率；η_moti为第i座泵站电动机效率；n_i为第i座泵站机组运行台数；M_i,max为第i座泵站装机台数，其值为一正整数；ΔP_bi为第i座泵站变压器损耗，kW；ΔP_tei为第i座泵站输电系统损耗，kW；P_zni为第i座泵站站用辅助设备系统能耗，kW；k为泵站数，其值为一正整数。

以泵站系统单位流量能耗最小为目标，对式(7)、(8)优化模型进行编程求解，确定泵站扬程一定时泵站系统变台数+变角优化运行方案。

步骤B所述优化运行方案泵站实际抽水流量稍大于所需流量，通过减少其中1台机组的运行时间来达到抽水量与需水量的平衡，从而可以避免为了保证泵站抽水流量严格等于需要流量调节水泵机组工况而造成能量损失。

步骤C中所述泵站感潮侧水位和泵站扬程日变化规律确定如下：泵站感潮侧水位受河流潮汐影响变化频繁。采集泵站上下游水位数据并计算泵站扬程绘制出扬程变化曲线。如图1所示，感潮泵站扬程变化呈规律性变化，一天内出现两次高潮位、两次低潮位，且高潮与低潮之间水位和扬程变化剧烈，水位差变化大。

步骤D中所述泵站系统变台数+变角日优化运行方案变工况时间分区数量与界限范围确定如下：泵站感潮侧水位变化一天内规律性出现两次高潮位两次低潮位，且水位变幅较大，根据水位和扬程的变化可将一天分为不同的时段分别确定优化运行方案。

将一天分为x(x＝1，2，3，4···)个时段，分别计算并比较x种划分方案的系统总费用，研究发现，当时段数小于4，一天水位变幅较大时，机组处于低效区运行时间长，系统效率低下，泵站系统运行费用高；当时段数大于4时，时段数越多，泵站系统运行能耗减小，但能耗减小不多，机组起、停损耗成本越高，泵站系统运行费用反而越高。因此，根据潮位变化规律，将一天分4个时段时系统运行费用低，较为合适。

将一天24小时按扬程日变化规律以相邻的高潮位与低潮位时间点为边界，在每个范围内确定一个时间点，将一天分4个时段，如图1，此时分区与一天两次高潮、两次低潮对应。满足抽水体积要求时，以泵站系统运行费用F最省为目标，确定出4个时段划分最优方案及各时段对应的机组运行台数n和叶片角度α的组合。

步骤E中所述泵站机组开停机部件损耗费用定量计算如下：在现有条件下求解机组实际开停机费用即定量计算机组每起停一次机组主要部件运行寿命的减少量，即电机绝缘寿命减少量计算。

随着电机运行时间的增长，绝缘老化逐年严重，绝缘强度也跟着降低。造成电机绝缘老化的因素很多，电机绝缘的老化因子有：热因子、电因子、机械因子和环境因子。绝缘强度可由下式确定：

U_b％＝(1-K_T·t-K_V·t-K_N·N(t))×100％ (9)

式中：K_T为热因素老化速率；K_V为电因素老化速率；K_N为机械因素老化速率；t为机组运行时间，h；N为表示开、停机次数，在一个计算周期内随时间t变化。

表1不同绝缘材料绝缘系数表K×10^-6

假定当绝缘强度老化30％时必须进行大修，即U_b％＝70％时机组大修，即：

开停机N次和N+1次的电机绝缘寿命分别为：

上两式相减，得到开停机1次电机的绝缘寿命缩短为：

式(11)中，各老化系数按最大、最小值分别同时代入计算得到开停机1次绝缘寿命的缩短值，继而按此绝缘寿命宿短值占绝缘全寿命的比例及绝缘费用，计算出开停机1次绝缘损失的费用。

步骤F中所述基于时间优化分区的泵站系统变台数+变角日优化运行数学模型建立如下：感潮泵站计算泵站系统总费用时，不仅需要考虑泵站系统每个时段的运行费用，还需考虑每个时段的开停机费用F_{on_off}，假设当前电价为fe元/kW·h。满足一天抽水量要求、泵站安全运行的前提下，考虑机组运行台数+变角调节，以泵站系统日运行费用最省为目标建立优化运行数学模型：

其中优化模型约束条件为：

式中，P_{pm i,j}为第j时段的第i座泵站的主水泵系统能耗，kW；△P_{te i,j}为第j时段的第i座泵站的输电系统损耗，kW；△P_{b i,j}为第j时段的第i座泵站的变压器损耗，kW；△P_{zn i,j}为第j时段的第i座泵站站用辅助设备系统能耗，kW；△T_j为第j时段的时长，h；为第j时段的开停机费用；n_imax为第i座泵站机组装机台数；α_min，α_max第i座泵站机组最小、最大叶片角度；Q_i,j为第i座泵站第j时段单机运行流量，m³/s；Q_imin，Q_imax分别为第i座泵站机组最小、最大单机流量，m³/s；为l个时段k个泵站总抽水量，m³；T_j为第j时段时间分区点，T_max(min)，T_min(max)分别为相邻高潮位、低潮位时间，h；V_x为需要抽水量，m³。

步骤G中所述基于时间优化分区的泵站系统变台数+变角日优化运行时间优化分区与分区运行方案计算确定如下：泵站系统变台数+变角日优化运行优化分区与分区运行方案的计算求解是对复杂的非线性组合问题求解，本发明采用改进混合粒子群算法进行优化方案的计算求解，求解过程如图2，具体步骤如下：

(1)按步骤D，根据感潮泵站一天两次高潮、两次低潮的水位变化规律，将一天24小时按扬程日变化规律以相邻的高潮位与低潮位时间点为边界，在每个范围内确定一个时间点，将一天分4个时段，采用Halton序列随机生成m种时间分区方案，对每一时间分区方案的运行方案进行优化：根据步骤A中所述泵站系统能耗，确定出满足一天抽水水量要求时，泵站系统运行能耗最省的机组运行台数与叶片角度组合为最优运行方案。

(2)确定每一时间分区方案所有时段开停机情况，按步骤E精确计算出每一时间分区方案总开停机费用，根据步骤F提出的基于时间优化分区的泵站系统变台数+变角日优化运行数学模型，计算每一时间分区方案对应的泵站系统总运行费用，泵站系统总运行费用最省时方案为泵站系统变台数+变角日优化运行最优方案初始方案。

(3)根据改进混合粒子群算法更新公式更新m种新时间分区方案，按上述步骤计算出m种新时间分区方案泵站系统总运行费用，并确定m种新方案中泵站系统总运行费用最小值与初始方案费用比较，若m种新方案中的泵站系统总运行费用最小值小于初始方案的最小系统运行费用，则更新泵站系统变台数+变角日优化运行最优方案；反之，保留原方案。

(4)按算法规定不停更新时间分区方案，直至泵站系统总运行费用最小值趋于一个稳定的值，算法收敛，停止更新迭代时间分区方案，并确定出当前方案为泵站系统机组变台数+变角日优化运行最优方案及对应方案的泵站系统总运行费用。

本发明的有益效果为：根据感潮泵站水位变化规律，将一天分为变工况的不同时段并优化时间分区，考虑泵站运行费用及开、停机费用，在满足一天抽水水量要求前提下，基于改进粒子群算法计算确定泵站系统日运行费用最省时，泵站变工况最优时间分区、每一时段泵站机组运行台数与叶片角度组合，为泵站优化运行提供理论支撑。

附图说明

图1为本发明感潮泵站扬程日变化规律曲线及时间分区划分点范围示意图。

图2为本发明泵站系统变台数+变角日优化运行方案求解过程图。

图3为本发明实施例感潮泵站某日扬程变化曲线图。

图4为本发明实施例方案一至方案三同一扬程不同流量泵站系统能耗曲线图。

图5为本发明实施例方案一至方案三同一扬程不同流量泵站系统效率曲线图。

图6为本发明实施例时间分区优化泵站系统优化运行方案与其他运行方案日运行费用节省率比较图。

具体实施方式

下面采用本发明的技术方案，结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本实施例不应理解为对本发明的限制。

以某感潮泵站群某日的扬程变化曲线为基础计算优化运行方案，该泵站群由三座泵站组成，分别为一站、二站和三站。该泵站具体信息如表1～表7所示，某日泵站扬程变化规律曲线如图3所示，要求泵站抽水平均流量为400m³/s即从0点到24点抽水体积为3.456×10⁷m³。

表1 一、二、三站泵机组性能参数

表2 一、二、三站主变压器参数

表3 一、二、三站输电线电缆参数

表4 一、二、三站辅助设备参数

注：一、三站两台通风机供应一台机组，二站开机台数小于5时，仅开一台通风机，大于等于5时，两台通风机全开。

表5流量与泵装置扬程拟合方程

表6泵装置效率与流量拟合方程

表7配套电机效率曲线拟合方程

步骤A：大型泵站系统运行全能耗计算；

步骤A为步骤B规定了一定泵站流量、扬程下泵站系统变台数+变角优化运行方案能耗计算范围与方法，以步骤C中扬程7.8m，泵站需要流量400m³/s为例，其中，一站和三站机组全部运行，二站2台机组运行，按式(1)～(6)分别计算泵站系统各部分能耗：主水泵系统能耗P_pm、变压器能耗ΔP_b、输电线系统能耗ΔP_te和站用辅助设备系统能耗P_zn，其中各能耗具体计算结果如表8：

表8 一、二、三站泵站系统各部分能耗

步骤B：泵站一定流量、扬程下泵站系统变台数+变角优化运行方案确定；

优化模型式(7)、(8)为单位流量泵站系统能耗计算公式，当泵站扬程为7.5m、泵站流量为70～500m³/s时，由于大型水泵单泵流量大，不能因为特别为恰好等于抽水流量要求而牺牲泵系统运行效率。根据要求的泵站抽水流量Q_r，将泵站实际抽水流量控制在Q_r～Q_r+q_max范围内，式中，q_max为最大机组单机流量q_max，力求泵站系统最节能，该感潮泵站群最大机组单机流量q_max＝40m³/s。

三种方案系统能耗及效率如图4、图5所示，其中，方案一为当机组叶片角β为设计角度，通常为0°，水泵机组效率η_z高者优先运行，按η_z大小依次开机直至满足需要流量，由于固定以设计角度运行，泵机组单机抽水流量固定，且考虑实际操作问题，开机台数选取整数，实际抽水流量等于或略大于要求抽水流量的开机方案为最优运行方案；方案二为各机组在给定装置扬程H_z下，泵站抽水流量严格等于要求抽水流量运行时，泵站系统效率η_ps最高即泵站系统能耗最小的开机方案为最优运行方案；方案三即为本发明提出的将泵站实际抽水流量控制在Q_r～Q_r+q_max范围所求最优运行方案。

将方案一、方案二中求出的系统总能耗除以抽水流量，得出单位流量系统能耗与方案三比较，从系统能耗与系统效率来看，方案三优于方案二与方案一，当流量较小时尤为明显。因此，最终确定方案三为泵站扬程为7.5m、不同泵站流量时变台数+变角优化运行计算方案。

由泵站资料可知泵站运行扬程变化范围为3.5m～8.0m，泵站抽水流量范围为0～500m³/s。以扬程0.2m间隔，流量50m³/s间隔，分别根据步骤A，按方案三计算不同确定的泵站流量、扬程下泵站系统变台数+变角优化运行方案。

步骤C：泵站感潮侧水位和泵站扬程日变化规律确定；

图3为感潮泵站群某日的扬程变化规律曲线，一天内出现两次高潮位和两次低潮位，两个高潮位扬程分别位5.84m和5.87m，两个低潮为扬程为3.57m和3.60m，高潮与低潮之间水位变幅较大。

步骤D：泵站系统变台数+变角日优化运行方案变工况时间分区数量与界限范围确定；

该泵站感潮侧水位变化一天内规律性出现两次高潮位两次低潮位，且水位变幅较大，根据水位变化将一天分为4个时段分别确定优化运行方案。以步骤C图3中的日扬程变化曲线为例，当需要泵站流量为400m³/s时，计算该泵站一天优化运行方案。

将24小时按扬程日变化规律分别在高潮位和低潮位之间产生一个时间分界点，四个时间分区的第一个分界点为0h，其他三个分界点所在范围分别为：4.35～7.25h、7.25～16.65h、16.65～19.75h。

步骤E：泵站机组开停机部件损耗费用定量计算

泵站开停机费用主要计算电机绝缘老化损耗。开停机时，绝缘强度可由式(11)计算。其中，电机绝缘材料为聚酯树脂时，K_T＝0.114×10^-6，K_N＝(30～45)×10^-6

K_V＝(1.03～2.06)×10^-6，代入式(11)计算得到每台机组开停机一次减少绝缘寿命0.002～0.003年。电机绝缘费用为50万元，寿命20年，每台机组开停机一次所需费用为50～75元，取为65元。

步骤F：基于时间优化分区的泵站系统变台数+变角日优化运行数学模型

由步骤E可知每台机组开停机一次所需费用为50～75元，取F_{on_off}＝65元，假设当前电价fe＝0.5968元/kW·h。满足一天泵站抽水量要求、泵站安全运行的前提下，以泵站系统日运行费用最省为目标建立该感潮泵站优化运行数学模型：

优化模型约束条件为：

其中，F_{on_off j}为第j时段的开停机费用；n_max＝16,10,7；α_imin，α_imax第i(i＝1，2，3)座泵站机组最小、最大叶片角度分别为[-4°，4°]、[-6°，4°]、[-6°，4°]；Q_imin，Q_imax第i座泵站机组最小、最大单机流量，m³/s；为4个时段3个泵站总抽水水量，m³；T_j为第j时段时间分区点范围，T_jmax(min)，T_jmin(max)分别为相邻高潮位、低潮位时间点，h；V_x为需要抽水量，m³；i＝1，2，3；j＝1，2，3，4。

步骤G：基于时间优化分区的泵站系统变台数+变角日优化运行时间优化分区与分区运行方案计算确定。

本发明采用改进混合粒子群算法进行优化方案的计算求解，运用该算法之前针对泵站优化运行求解的特性对算法做改进调整，经试验，当种群数为400，迭代次数为350次时，算法收敛性稳定性较好。

按步骤G和图2步骤对本实施例泵站系统优化运行模型进行优化计算，确定出泵站系统变台数+变角日优化运行最优方案及总运行费用F_o为438988元，运行方案如表9所示。

表9 一、二、三站某日基于时间优化分区泵站系统日优化运行方案

同时计算该泵站时间分区不优化即0～24h等分为四个时段泵站日运行方案，确定泵站系统变台数+变角日运行方案及总运行费用F₁为451722元，优化运行方案如表10所示；泵站以优化的一种固定的运行台数和叶片角度运行的优化运行方案运行，系统日运行费用F₂为475202元，优化运行方案如表11所示；泵站以设计角度即0°、固定开机台数运行，系统日运行费用F₃为481839元，运行方案如表12所示。本发明提出的基于时间优化分区的感潮泵站变台数+变角日优化运行方案总运行费用较方案一、方案二和方案三分别节省2.82％、7.62％和8.89％，比较如图6所示。

表10 一、二、三站固定时间分区泵站系统日优化运行方案

表11 一、二、三站固定工况泵站系统日优化运行方案

表12 一、二、三站叶片设计角度泵站系统日运行方案

Claims (7)

1.基于时间优化分区的感潮泵站系统变台数+变角日优化运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

A：大型泵站系统运行全能耗计算；

B：泵站一定流量、扬程下泵站系统变台数+变角优化运行方案确定；

C：泵站感潮侧水位和泵站扬程日变化规律确定；

D：泵站系统变台数+变角日优化运行方案变工况时间分区数量与界限范围确定；

E：泵站机组开停机部件损耗费用定量计算；

F：基于时间优化分区的泵站系统变台数+变角日优化运行数学模型；

G：基于时间优化分区的泵站系统变台数+变角日优化运行时间优化分区与分区运行方案计算确定。

2.根据权利要求1所述的基于时间优化分区的感潮泵站系统变台数+变角日优化运行方法，其特征在于，步骤A中所述大型泵站系统运行全能耗计算求解如下：

以大型轴流泵站为例，系统的总能耗由主水泵系统能耗P_pm、变压器能耗ΔP_b、输电线系统能耗ΔP_te和站用辅助设备系统能耗P_zn组成，各部分能耗求解公式分别为：

P_zn＝P_zn'×Q_z (5)

式中，ρ为水体密度，kg/m³；g为重力加速度，m/s²；Q_z为泵站流量，m³/s；H_z为泵站装置扬程，m；η_z为泵装置效率；η_dr为传动机构效；η_mot为电动机效率；P₀为变压器额定空载有功损耗，即铁损，kW；k为无功经济当量，按变压器在电网中的位置取值，一般可取k＝0.1kW/kvar；Q₀为变压器额定励磁功率，kW；S为变压器容量，kVA；S_e为变压器额定容量，kVA；P_f为变压器额定负载有功损耗，即铜损，kW；Q_f为变压器额定负载漏磁功率，kW；I₀％为变压器空载电流，％；U_d％为变压器阻抗电压，％；ΔP_te'为单根输电线路损耗，kW；I_te'为单根输电线路电流，A；P为输电线路连接设备的输入功率，kW；U_e为该设备额定电压，kV；为功率因素；r₀为输电线单位长度电阻，Ω/km；l为线路长度，km；P_zn'为每单位流量站用辅助设备所耗功率，kW/(m³/s)。

3.根据权利要求1所述的基于时间优化分区的感潮泵站系统变台数+变角日优化运行方法，其特征在于，步骤B中所述泵站一定流量、扬程下泵站系统变台数+变角优化运行方案确定，过程如下：

各机组在给定装置扬程H_z下，泵站抽水流量在要求抽水流量增加0～最大机组单机流量q_max范围运行时，以单位流量系统能耗最小为目标确定泵站扬程一定时泵站系统变台数+变角优化运行方案，数学模型如下：

约束条件：

式中，ρ为水体密度，kg/m³；g为重力加速度，m/s²；Q_i为第i座泵站机组单机流量，m³/s；Q_i,min、Q_i,max分别为第i座泵站最小、最大单机流量，m³/s；α_i为第i座泵站叶片角度，°；Q_x为泵站需要抽水流量，m³/s；α_i,min、α_i,max分别为第i座泵站最小、最大叶片角度，°；H_zi第i座泵站装置扬程，m；η_zi为第i座泵站泵装置效率；η_dri为第i座泵站传动机构效率；η_moti为第i座泵站电动机效率；n_i为第i座泵站开机台数；M_i,max为第i座泵站装机台数，其值为一正整数；ΔP_bi为第i座泵站变压器损耗，kW；ΔP_tei为第i座泵站输电系统损耗，kW；P_zni为第i座泵站站用辅助设备系统能耗，kW；k为泵站数，其值为一正整数。

4.根据权利要求1所述的基于时间优化分区的感潮泵站系统变台数+变角日优化运行方法，其特征在于，步骤D中所述泵站系统变台数+变角日优化运行方案变工况时间分区数量与界限范围确定，方法如下：将一天24小时按扬程日变化规律以相邻的高潮位与低潮位时间点为边界，在每个范围内确定一个时间点，将一天分4个时段，此时分区与一天两次高潮、两次低潮对应，满足抽水体积要求时，以泵站系统运行费用F最省为目标，确定出4个时段划分最优方案及各时段对应的机组运行台数n和叶片角度α的组合。

5.根据权利要求1所述的基于时间优化分区的感潮泵站系统变台数+变角日优化运行方法，其特征在于，步骤E中所述泵站机组开停机部件损耗费用定量计算每起停一次机组主要部件运行寿命的减少量，求解方法如下：

U_b％＝(1-K_T·t-K_V·t-K_N·N(t))×100％ (8)

式中：K_T为热因素老化速率；K_V为电因素老化速率；K_N为机械因素械化量速率；t为机组运行时间，h；N为表示开、停机次数，在一个计算周期内随时间t变化；

表1不同绝缘材料绝缘系数表K×10^-6

假定当绝缘老化到30％时必须进行大修，即U_b％＝70％时机组大修，即：

开停机N次和N+1次的电机绝缘寿命分别为：

上两式相减，得到开停机1次电机的绝缘寿命缩短为：

式(10)中，各老化系数按最大、最小值分别同时代入计算得到开停机1次绝缘寿命的缩短值，继而按此绝缘寿命缩短值占绝缘全寿命的比例及绝缘费用，计算出开停机1次绝缘损失的费用。

6.根据权利要求1所述的基于时间优化分区的感潮泵站系统变台数+变角日优化运行方法，其特征在于，步骤F中所述基于时间优化分区的泵站系统变台数+变角日优化运行数学模型如下：

其中优化模型约束条件为：

式中，P_{pm i,j}为第j时段的第i座泵站的主水泵系统能耗，kW；△P_{te i,j}为第j时段的第i座泵站的输电系统损耗，kW；△P_{b i,j}为第j时段的第i座泵站的变压器损耗，kW；△P_{zn i,j}为第j时段的第i座泵站站用辅助设备系统能耗，kW；△T_j为第j时段的时长，h；F_{on_off j}为第j时段的开停机费用；n_imax为第i座泵站机组装机台数；α_min，α_max第i座泵站机组最小、最大叶片角度；Q_i,j为第i座泵站第j时段单机运行流量，m³/s；Q_imin，Q_imax分别为第i座泵站机组最小、最大单机流量，m³/s；为l个时段k个泵站总抽水量，m³；T_j为第j时段时间分区点，T_max(min)，T_min(max)分别为相邻高潮位、低潮位时间，h；V_x为需要抽水量，m³。

7.根据权利要求1所述的基于时间优化分区的感潮泵站系统变台数+变角日优化运行方法，其特征在于，步骤G中所述基于时间优化分区的泵站系统变台数+变角日优化运行时间优化分区与分区运行方案求解问题为复杂的非线性组合问题，采用改进混合粒子群算法进行计算求解，计算求解过程如下：

(1)按步骤D，根据感潮泵站一天两次高潮、两次低潮的水位变化规律，将一天24小时按扬程日变化规律以相邻的高潮位与低潮位时间点为边界，在每个范围内确定一个时间点，将一天分4个时段，采用Halton序列随机生成m种时间分区方案，对每一时间分区方案的运行方案进行优化：根据步骤A中所述泵站系统能耗，确定出满足抽水水量要求时，泵站系统运行能耗最省的机组运行台数与叶片角度组合为最优运行方案；

(2)确定每一时间分区方案所有时段开停机情况，按步骤E精确计算出每一时间分区方案总开停机费用，根据步骤F提出的基于时间优化分区的泵站系统变台数+变角日优化运行数学模型，计算每一时间分区方案对应的泵站系统总运行费用，泵站系统总运行费用最省时方案为泵站系统变台数+变角日优化运行最优方案初始方案；

(3)根据改进混合粒子群算法更新公式更新m种新时间分区方案，按上述步骤计算出m种新时间分区方案泵站系统总运行费用，并确定m种新方案中泵站系统总运行费用最小值与初始方案费用比较，若m种新方案中的泵站系统总运行费用最小值小于初始方案的最小系统运行费用，则更新泵站系统变台数+变角日优化运行最优方案；反之，保留原方案；

(4)按算法规定不停更新时间分区方案，直至泵站系统总运行费用最小值趋于一个稳定的值，算法收敛，停止更新迭代时间分区方案，并确定出当前方案为泵站系统机组变台数+变角日优化运行最优方案及对应方案的泵站系统总运行费用。