JP2022509112A - Daily optimization operation method of variable number and variable angle of tidal pump station system based on time-optimized section - Google Patents

Daily optimization operation method of variable number and variable angle of tidal pump station system based on time-optimized section Download PDF

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Abstract

Figure 2022509112000001

時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行方法を提供する。その方法は、大型ポンプステーションシステムの運行におけるエネルギー消費量を全面的に計算し、ポンプステーションシステムの運行におけるエネルギー消費量を最小にすることを目標とし、ポンプステーションシステムの可変運行状況における時間最適化区画の可変台数と可変角度の1日最適化運行数学モデルを確立することと、運行計画を計算して決定することとを含む。本発明の方法は、感潮ポンプステーションに応用し、運行費用を節約する。
【選択図】図2

Figure 2022509112000001

It provides a variable number of tidal pump station systems based on a time-optimized section and a variable-angle daily-optimized operation method. The method is to fully calculate the energy consumption in the operation of the large pump station system, aim to minimize the energy consumption in the operation of the pump station system, and time optimization in the variable operation situation of the pump station system. Includes establishing a one-day optimized operation mathematical model for variable number of compartments and variable angles, and calculating and determining operation plans. The method of the present invention is applied to a tidal pump station to save operating costs.
[Selection diagram] Fig. 2

Description

本発明は、ポンプステーションの省エネ技術分野に属し、時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーションユニットの台数と可変角度の1日最適化運行方法に関し、具体的には、従来のポンプステーションの運行方式に存在する高消費エネルギー量の問題に対して、1日の総揚水水量の要求を満たしかつポンプステーションが安全に運行することを前提とし、感潮ポンプステーションシステムの運行総費用の最小化を目標とする可変運行状況における時間最適化区画に基づく可変台数と可変角度の1日最適化運行計画の決定方法を提供する。 The present invention belongs to the field of energy-saving technology for pump stations, and relates to the number of tide-sensitive pump station units based on a time-optimized section and the one-day optimized operation method for variable angles. The goal is to minimize the total operating cost of the tide pump station system, assuming that the demand for total pumped water per day is met and the pump station operates safely in response to the problem of high energy consumption that exists in Japan. Provided is a method for determining a daily optimized operation plan of a variable number of vehicles and a variable angle based on a time-optimized section in a variable operation situation.

中国では、川や川に繋がる運河沿いに多くの大型ポンプステーションが建設されている。これらのポンプステーションは、灌漑排水や調水で重要な役割を果たしているが、その特徴として、揚程が潮位によって変化し、1日2回の高潮、2回の低潮が出現する。一方、現在のポンプステーションの運行方式は、ユニット運行台数とブレード角度が通常一定に固定されており、エネルギーの浪費が深刻である。 In China, many large pump stations are being built along rivers and canals that connect to the rivers. These pump stations play an important role in irrigation drainage and water regulation, and their characteristics are that the head changes depending on the tide level, and high tides twice a day and low tides appear twice a day. On the other hand, in the current operation method of the pump station, the number of units operated and the blade angle are usually fixed to be constant, and the waste of energy is serious.

本発明の目的は、感潮ポンプステーションシステムが単一運行方式で運行されるときのシステム効率の低下によりエネルギーが著しく浪費されるという欠点を克服するために、時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーションユニット台数と可変角度の1日最適化運行方法の決定方法を提案し、1日の総揚水量を満たしかつポンプステーションが安全に運行することを前提に、システム総費用が最も節約される際の感潮ポンプステーションの1日内のユニット運行台数とブレード角度の変化回数、時間最適化区画、各時間区画のユニット運行台数とブレード取り付け角度を決定する。 An object of the present invention is to overcome the drawback of significant energy waste due to reduced system efficiency when the tide pump station system is operated in a single mode of operation. When the total system cost is saved most, assuming that the number of station units and the method of determining the daily optimization operation method of variable angle are satisfied and the pump station operates safely and the total amount of pumped water per day is satisfied. Determine the number of units operated and the number of blade angle changes during the day of the tide pump station, the time-optimized section, the number of units operated in each time section, and the blade mounting angle.

本発明の技術手段は、時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーション可変台数と可変角度の1日最適化運行方法であって、感潮ポンプステーションの水位・揚程の変化規則に基づき、1日を異なる時間帯に分けて時間区画を最適化し、改良粒子群アルゴリズムに基づき、ポンプステーションの運行費用及びオン、オフの費用を考慮し、揚水水量の要求を満たした上で、ポンプステーションシステムの1日の運行費用が最も節約される際に時間帯毎のポンプステーションユニット運行台数とブレード角度の組み合わせを計算して決定することを特徴とする。 The technical means of the present invention is a one-day optimized operation method of a variable number of tide pump stations and a variable angle based on a time-optimized section, and one day is based on the change rule of the water level / lift of the tide pump station. One day of the pump station system after optimizing the time zone by dividing it into different time zones, considering the operating cost of the pump station and the on / off cost based on the improved particle group algorithm, and satisfying the pumping water volume requirement. It is characterized in that the combination of the number of pump station units operated and the blade angle for each time zone is calculated and determined when the operating cost of the pump station unit is most saved.

時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーション可変台数と可変角度の1日最適化運行方法であって、
A:大型ポンプステーションシステムの運行における全エネルギー消費量を計算するステップと、
B:ポンプステーションの一定流量と揚程におけるポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の最適化運行計画を決定するステップと、
C:ポンプステーションの感潮側水位とポンプステーション揚程の1日の変化規則を決定するステップと、
D:ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行計画の可変運行状況における時間区画数と限界範囲を決定するステップと、
E:ポンプステーションユニットのオンオフにおける部品損失費用を定量的に計算するステップと、
F:時間最適化区画に基づくポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行数学モデルを確立するステップと、
G:時間最適化区画に基づくポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行の時間最適化区画と区画運行計画を計算して決定するステップとを含む。
It is a one-day optimized operation method with a variable number of tidal pump stations and a variable angle based on the time-optimized section.
A: Steps to calculate total energy consumption in the operation of a large pump station system,
B: Steps to determine the optimized operation plan for the variable number and variable angle of the pump station system at a constant flow rate and head of the pump station.
C: Steps to determine the daily change rule of the water level on the tidal side of the pump station and the head of the pump station,
D: One-day optimization of variable number of pump station systems and variable angles Steps to determine the number of time sections and limit range in the variable operation status of the operation plan,
E: A step to quantitatively calculate the cost of parts loss when turning the pump station unit on and off,
F: Steps to establish a one-day optimized operation mathematical model of variable number and variable angle pump station system based on time-optimized compartment,
G: Includes a variable number of pump station systems based on a time-optimized section, a time-optimized section of a day-optimized operation with a variable angle, and a step of calculating and determining a section operation plan.

ステップAに記載の大型ポンプステーションシステムの運行における全エネルギー消費量の計算方法は、以下である。大型ポンプステーションシステムでは、エネルギー伝達の順序に従い、電気エネルギーがポンプステーション外の変電所から専用高圧送電線を経てポンプステーションの主変圧器に入り、さらに給電ケーブルに沿ってウォーターポンプシステム及びステーション用補機(例えば油ガス水システム、汚染防止設備、照明設備、通風設備)などのステーション用電気設備に給電する。従って、ポンプステーションシステムの運行総費用Fを計算する際に、システムの総エネルギー消費量は、メインウォーターポンプシステムのエネルギー消費量Ppm、変圧器のエネルギー消費量ΔP、送電線システムのエネルギー消費量ΔPte及びステーション用補機システムのエネルギー消費量Pznからなる。ここで、各エネルギー消費量の具体的な計算は、それぞれ以下である。

Figure 2022509112000002
(1)
式中、Ppmは、メインウォーターポンプシステムのエネルギー消費量であり、ρ(単位:kg/m)は、水体密度であり、g(単位:m/s)は、重力加速度である。Q(単位:m/s)は、ポンプステーション流量であり、H(単位:m)は、ポンプステーション装置揚程であり、ηは、ポンプ装置効率であり、ηdrは、伝動機構効率であり、ηmotは、モータ効率である。
Figure 2022509112000003
(2)
式中、ΔP(単位:kW)は、変圧器の損失であり、P(単位:kW)は、変圧器の定格無負荷有効損失であり、即ち鉄損であり、kは、無効経済当量であり、電力網における変圧器の位置によって値をとり、一般的にはk=0.1kW/kvarを取る。Q(単位:kW)は、変圧器定格励磁電力であり、S(単位:kVA)は、変圧器容量であり、S(単位:kVA)は、変圧器定格容量であり、P(単位:kW)は、変圧器定格負荷有効損失であり、すなわち銅損であり、Q(単位:kW)は、変圧器定格負荷漏洩磁気電力であり、I%(単位:%)は、変圧器無負荷電流であり、U%(単位:%)は、変圧器インピーダンス電圧である。
送電線の電力損失は、送電電流、ケーブルの長さ及びケーブル自身のパラメータに関係する。送電線接続機器の入力電力から送電線電流を求めることができる。即ち、
Figure 2022509112000004
(3)
この電流が線路全体に生じる電力損失は、以下である。
Figure 2022509112000005
(4)
式中、ΔPte′(単位:kW)は、単一送電線損失であり、Ite′(単位:A)は、単一送電線電流であり、P(単位:kW)は、送電線接続設備の入力電力であり、U(単位:kV)は、当該設備の定格電圧であり、cosφは、電力要素であり、r(単位:Ω/km)は、送電線の単位長さ抵抗であり、l(単位:km)は、線路長である。
ポンプステーションに電力を供給する送電線は、ステーション外の変電所からポンプステーションの主変圧器に電力を供給する送電線、主変圧器からポンプステーションのメインモータ母線及びステーション内の他の電気機械設備に電力を供給する送電線、母線からメインモータへの送電ケーブルの3部分からなるため、送電系統損失ΔPteは、この3部分損失の和となり、計算式が以下である。
Figure 2022509112000006
(5)
ステーション内用の電気設備は、主にメインウォーターポンプユニットの正常な動作を保証するために設置された必要な補機を含み、通常、油ガス水システム、励磁変圧器、汚染防止設備、照明設備及び通風設備などを含む。これらのステーション用電力設備では、設備によっては運行時間の長さが異なる。よって、1周期内のステーション用補機の総エネルギー消費量を計算し、単位流量あたりのステーション用補機の消費電力Pzn′を計算すると、ステーション用補機システムのエネルギー消費量Pznは、以下である。
zn=Pzn′×Q(6)
ここで、Q(単位:m/s)は、ポンプステーション流量であり、Pzn′(単位:kW/(m/s))は、単位流量あたりのステーション用補機の消費電力である。 The method for calculating the total energy consumption in the operation of the large pump station system according to step A is as follows. In large pump station systems, according to the order of energy transfer, electrical energy enters the main transformer of the pump station from the substation outside the pump station via a dedicated high-voltage transmission line, and then along the power supply cable to the water pump system and supplements for the station. It supplies power to station electrical equipment such as machines (eg oil gas water systems, pollution control equipment, lighting equipment, ventilation equipment). Therefore, when calculating the total operating cost Fz of the pump station system, the total energy consumption of the system is the energy consumption P pm of the main water pump system, the energy consumption ΔP b of the transformer, and the energy of the transmission line system. It consists of the consumption amount ΔP te and the energy consumption amount P zn of the auxiliary equipment system for the station. Here, the specific calculation of each energy consumption is as follows.
Figure 2022509112000002
(1)
In the equation, P pm is the energy consumption of the main water pump system, ρ (unit: kg / m 3 ) is the water density, and g (unit: m / s 2 ) is the gravitational acceleration. Q z (unit: m 3 / s) is the pump station flow rate, H z (unit: m) is the pump station device head, η z is the pump device efficiency, and η dr is the transmission mechanism. Efficiency, η mot is motor efficiency.
Figure 2022509112000003
(2)
In the equation, ΔP b (unit: kW) is the transformer loss, P 0 (unit: kW) is the rated no-load effective loss of the transformer, that is, iron loss, and k is the invalid economy. It is equivalent and takes a value depending on the position of the transformer in the power grid, and generally takes k = 0.1 kW / kvar. Q 0 (unit: kW) is the transformer rated excitation power, S (unit: kVA) is the transformer capacity, and Se (unit: kVA) is the transformer rated capacity, P f ( Unit: kW) is the transformer rated load effective loss, that is, copper loss, Qf (unit: kW) is the transformer rated load leakage magnetic power, and I 0 % (unit:%) is. It is a transformer no-load current, and Ud % (unit:%) is a transformer impedance voltage.
The power loss of a transmission line is related to the transmission current, the length of the cable and the parameters of the cable itself. The transmission line current can be obtained from the input power of the transmission line connection device. That is,
Figure 2022509112000004
(3)
The power loss that this current causes in the entire line is as follows.
Figure 2022509112000005
(4)
In the equation, ΔP te ′ (unit: kW) is a single transmission line loss, I te ′ (unit: A) is a single transmission line current, and P (unit: kW) is a transmission line connection. Ue (unit: kV) is the rated voltage of the equipment, cosφ is the power element, and r 0 (unit: Ω / km) is the unit length resistance of the transmission line. L (unit: km) is the line length.
The transmission lines that supply power to the pump station are the transmission line that supplies power from the substation outside the station to the main transformer of the pump station, the main motor bus of the pump station from the main transformer, and other electromechanical equipment inside the station. Since it consists of three parts, a power transmission line that supplies power to the power transmission line and a power transmission cable from the bus to the main motor, the power transmission system loss ΔP te is the sum of these three parts loss, and the calculation formula is as follows.
Figure 2022509112000006
(5)
Electrical installations within the station mainly include the necessary accessories installed to ensure the normal operation of the main water pump unit, usually oil gas water systems, exciting transformers, pollution control equipment, lighting equipment. And ventilation equipment, etc. The length of operation time of these station power equipment varies depending on the equipment. Therefore, when the total energy consumption of the station auxiliary equipment in one cycle is calculated and the power consumption P zn ′ of the station auxiliary equipment per unit flow rate is calculated, the energy consumption P zn of the station auxiliary equipment system is calculated. It is as follows.
P zn = P zn ′ × Q z (6)
Here, Q z (unit: m 3 / s) is the pump station flow rate, and P zn ′ (unit: kW / (m 3 / s)) is the power consumption of the station auxiliary machine per unit flow rate. be.

感潮ポンプステーションが潮汐の影響を受ける特殊性を考慮し、ユニット運行台数及びブレード角度を複数回変更する措置を採用してポンプステーションの最適化運行を実現する。従って、ポンプステーションシステムの総費用を計算する際、オンオフ損失費用feon_offは、無視できず、その正確な計算方法について、ステップEのオンオフ損失費用の正確な定量計算を参照する。 Considering the peculiarity of the tidal-sensitive pump station being affected by the tide, we will adopt measures to change the number of units operated and the blade angle multiple times to realize the optimized operation of the pump station. Therefore, when calculating the total cost of the pump station system, the on-off loss cost fe on_off cannot be ignored, and for the exact calculation method, refer to the accurate quantitative calculation of the on-off loss cost in step E.

ステップBで前記ポンプステーションの一定流量と揚程におけるポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の最適化運行計画の決定方法は、以下である。一定の揚程Hで、ポンプステーション揚水流量が要求揚水流量の0~最大ユニット単機流量qmax増の範囲でポンプステーションが運行されている場合、単位流量あたりのシステムエネルギー消費量

Figure 2022509112000007
(kW/(m/s))が最小であるオン計画は、最適な運行計画であり、ポンプステーションシステムの単位流量あたりのシステムエネルギー消費量
Figure 2022509112000008
の最小を目標として、以下の最適化数学モデルを確立する。
Figure 2022509112000009
(7)
制限条件は、以下である。
Figure 2022509112000010
(8)
式中:ρ(単位:kg/m)は、水体密度であり、g(単位:m/s)は、重力加速度であり、Q(単位:m/s)は、第i基ポンプステーションユニットの単機流量であり、Qi,min、Qi,max(単位:m/s)は、それぞれ第i基ポンプステーションの最小、最大単機流量であり、α(単位:°)は、第i基ポンプステーションのブレード角度であり、Q(単位:m/s)は、ポンプステーションの必要揚水流量であり、αi,min、αi,max(単位:゜)は、それぞれ第i基ポンプステーションの最小、最大ブレード角度であり、Hzi(単位:m)は、第i座ポンプステーション装置揚程であり、ηziは、第i基ポンプステーション装置効率であり、ηdriは、第i基ポンプステーション伝動機構効率であり、ηmotiは、第i基ポンプステーションモータ効率であり、nは、第i基ポンプステーションユニット稼働台数であり、Mi,maxは、第i基ポンプステーションの搭載台数であり、その値が正の整数であり、ΔPbi(単位:kW)は、第i基ポンプステーションの変圧器損失であり、ΔPtei(単位:kW)は、第i基ポンプステーションの送電システム損失であり、Pzni(単位:kW)は、第i基ポンプステーションのステーション用補機システムのエネルギー消費量であり、kは、ポンプステーションの数であり、その値が正の整数であり、
Figure 2022509112000011
は、ポンプステーションの流量である。 The method for determining the optimized operation plan for the variable number of pump station systems and the variable angle at the constant flow rate and head of the pump station in step B is as follows. System energy consumption per unit flow rate when the pump station is operated in the range of 0 to maximum unit single machine flow rate q max increase of the required pumping flow rate at a constant head Hz .
Figure 2022509112000007
The on-plan with the minimum (kW / (m 3 / s)) is the optimal operation plan and the system energy consumption per unit flow rate of the pump station system.
Figure 2022509112000008
The following optimized mathematical model is established with the goal of minimizing.
Figure 2022509112000009
(7)
The limiting conditions are as follows.
Figure 2022509112000010
(8)
In the formula: ρ (unit: kg / m 3 ) is the water body density, g (unit: m / s 2 ) is the gravity acceleration, and Q i (unit: m 3 / s) is the i-th group. The single machine flow rate of the pump station unit, Q i, min , Q i, max (unit: m 3 / s) is the minimum and maximum single machine flow rate of the i-type pump station, respectively, and α i (unit: °). Is the blade angle of the i-group pump station, Q x (unit: m 3 / s) is the required pumping flow rate of the pump station, and α i, min , α i, max (unit: °) are The minimum and maximum blade angles of the i-group pump station, respectively, H zi (unit: m) is the i-seat pump station device lift, and η zi is the i-group pump station device efficiency, η dri. Is the i-group pump station transmission mechanism efficiency, η motii is the i-group pump station motor efficiency, n i is the number of i-group pump station units in operation, and Mi and max are the i-th group i. The number of installed pump stations, the value of which is a positive integer, ΔP bi (unit: kW) is the transformer loss of the i-group pump station, and ΔP tei (unit: kW) is the i-th. The power transmission system loss of the base pump station, P zni (unit: kW) is the energy consumption of the auxiliary equipment system for the station of the base i pump station, k is the number of pump stations, and its value is It is a positive integer and
Figure 2022509112000011
Is the flow rate of the pump station.

ポンプステーションシステムの単位流量あたりのエネルギー消費量が最小であることを目標として、式(7)、(8)の最適化モデルをプログラミングして解を求め、ポンプステーションの揚程が一定の時のポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の最適化運行計画を決定する。 With the goal of minimizing the energy consumption per unit flow rate of the pump station system, the optimization models of equations (7) and (8) are programmed to find a solution, and the pump when the pump station head is constant. Determine the optimized operation plan for the variable number of station systems and variable angles.

ステップBに記載の最適化運行計画におけるポンプステーションの実際の揚水流量は、必要流量よりやや大きく、その中の1台のユニットの運行時間を減少させることで揚水量と需要量のバランスを達成し、ポンプステーションの揚水流量を厳密に必要流量に等しくすることを保証するためにウォーターポンプユニットの運行状況を調整することにより効率が低下してエネルギーが消費されることを避けることができる。 The actual pumping flow rate of the pump station in the optimized operation plan described in step B is slightly larger than the required flow rate, and the balance between the pumping amount and the demand amount is achieved by reducing the operating time of one unit in the pump station. By adjusting the operating conditions of the water pump unit to ensure that the pumping flow rate of the pump station is exactly equal to the required flow rate, it is possible to avoid a decrease in efficiency and energy consumption.

ステップCで前記ポンプステーションの感潮側水位とポンプステーション揚程の1日の変化規則は、以下のように決定される。ポンプステーションの感潮側水位は、河川の潮汐の影響を受けて頻繁に変化する。ポンプステーション上下流水位データを収集してポンプステーション揚程を計算し、揚程変化曲線を作成する。図1に示すように、感潮ポンプステーションの揚程変化は、規則的な変化を呈し、1日に2回の高潮位、2回の低潮位が出現し、かつ高潮と低潮の間で水位と揚程の変化が激しく、水位差の変化が大きい。 In step C, the daily change rule of the tidal side water level of the pump station and the pump station head is determined as follows. The water level on the tidal side of the pump station changes frequently under the influence of the tide of the river. Pump station upstream / downstream water level data is collected to calculate the pump station head and create a head change curve. As shown in FIG. 1, the change in the head of the tidal pump station shows a regular change, with high tide level twice a day, low tide level twice, and water level between high tide and low tide. The change in head is drastic, and the change in water level is large.

ステップDで前記ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行計画の可変運行状況における時間区画数と限界範囲は、以下のように決定される。ポンプステーションの感潮側水位の変化は、1日内に規則的に2回の高潮位と2回の低潮位が出現し、かつ水位の変化幅が大きく、水位と揚程の変化によって1日を異なる時間帯に分けてそれぞれ最適化運行計画を決定する。 In step D, the number of time sections and the limit range in the variable operation status of the variable number of pump station systems and the variable daily optimization operation plan of the variable angle are determined as follows. As for the change of the water level on the tidal side of the pump station, two high tide levels and two low tide levels appear regularly within a day, and the range of change in the water level is large, and the day varies depending on the change in water level and head. Determine the optimized operation plan for each time zone.

1日をx(x=1,2,3,4・・・)個の時間帯に分け、x種類の区分計画のシステム総費用をそれぞれ計算して比較したところ、時間帯数が4より小さく、1日の水位変動幅が大きい場合には、ユニットの非効率区の運行時間が長く、システム効率が低く、ポンプステーションシステムの運行費用が高い。時間帯数が4より大きい場合、時間帯数が多いほど、ポンプステーションシステムの運行エネルギー消費量が減少するが、エネルギー消費量の減少が多くなく、ユニットのオンオフ損失コストが高いほど、ポンプステーションシステムの運行費用が逆に高くなる。そのため、潮位変化の規則に基づき、1日を4つの時間帯に分けた場合にシステムの運行費用が低く、適している。 When one day was divided into x (x = 1, 2, 3, 4 ...) time zones, and the total system cost of x types of division plans was calculated and compared, the number of time zones was smaller than 4. When the daily fluctuation range of the water level is large, the operating time of the inefficient zone of the unit is long, the system efficiency is low, and the operating cost of the pump station system is high. When the number of time zones is larger than 4, the larger the number of time zones, the lower the operating energy consumption of the pump station system, but the less the decrease in energy consumption and the higher the on / off loss cost of the unit, the more the pump station system. On the contrary, the operating cost of is high. Therefore, it is suitable because the operating cost of the system is low when the day is divided into four time zones based on the rule of tide level change.

揚程の1日の変化規則によって1日24時間を隣り合う高潮位と低潮位の時点を境界とし、範囲ごとに1つの時間帯を決定し、1日を4つの時間帯に分ける。図1に示すように、このとき区画が1日2回の高潮、2回の低潮に対応する。揚水体積の要求を満たした場合、ポンプステーションシステムの運行費用Fを最も節約することを目標とし、4つの時間帯区分最適化計画と、各時間帯に対応するユニット運行台数nとブレード角度αの組み合わせを決定する。 According to the daily change rule of the head, 24 hours a day is set as the boundary between the adjacent high tide level and low tide level, one time zone is determined for each range, and the day is divided into four time zones. As shown in FIG. 1, at this time, the section corresponds to storm surge twice a day and storm surge twice a day. When the requirement for pumping volume is satisfied, the goal is to save the operating cost F of the pump station system most, and the four time zone division optimization plans, the unit operating number n corresponding to each time zone, and the blade angle α. Determine the combination.

ステップEで前記ポンプステーションユニットのオンオフにおける部品損失費用は、以下のように定量的に計算される。既存条件下でユニットの実際のオンオフ費用を求解し、すなわちユニットの1回のオンオフにおけるユニットの主要部品の運行寿命の減少量を定量的に計算し、即ちモータ絶縁寿命減少量の計算である。 In step E, the component loss cost for turning the pump station unit on and off is quantitatively calculated as follows. The actual on / off cost of the unit under existing conditions is calculated, that is, the amount of decrease in the operating life of the main parts of the unit in one on / off of the unit is quantitatively calculated, that is, the amount of decrease in the motor insulation life is calculated.

モータの運行時間の増加に伴い、絶縁劣化は、年々深刻化し、絶縁強度もそれに伴い低下する。モータ絶縁の劣化をもたらす要素が多く、モータ絶縁の劣化因子には、熱因子、電気因子、機械因子、環境因子がある。絶縁強度は、下記式で決定される。

Figure 2022509112000012
(9)
式中、Kは、熱要素の劣化速度であり、Kは、電気要素の劣化速度であり、Kは、機械要素の劣化速度であり、t(単位:h)は、ユニットの運行時間であり、Nは、オンオフの回数であり、1計算周期内に時間tと共に変化する。
Figure 2022509112000013
絶縁強度の劣化が30%になるとオーバーホールしなければならず、すなわちU%=70%になるとユニットのオーバーホールをしなければならないと仮定し、
70%=(1-K・t-K・t-K・N(t))×100%
即ち、(K+K)t+K・N(t)=30% (10)
N回、N+1回のオンオフにおけるモータ絶縁寿命は、それぞれ以下であり、
=(30%-KN)/(K+K
N+1=(30%-K(N+1))/(K+K
両式の減算によって、1回のオンオフにおけるモータの絶縁寿命短縮は、式(10)となり、
Δt=K/(K+K)(11)
式(11)で、各劣化係数を最大値、最小値でそれぞれ同時に代入して1回のオンオフにおける絶縁寿命の短縮値を算出し、続いてこの絶縁寿命の短縮値が絶縁全寿命に占める割合及び絶縁費用によって、オンオフ1回の絶縁損失の費用を算出する。 As the operating time of the motor increases, the deterioration of insulation becomes more serious year by year, and the dielectric strength also decreases accordingly. There are many factors that cause deterioration of motor insulation, and deterioration factors of motor insulation include thermal factors, electrical factors, mechanical factors, and environmental factors. The dielectric strength is determined by the following formula.
Figure 2022509112000012
(9)
In the formula, K T is the deterioration rate of the thermal element, K V is the deterioration rate of the electric element, K N is the deterioration rate of the mechanical element, and t (unit: h) is the operation of the unit. Time, N is the number of on / off times, and changes with time t within one calculation cycle.
Figure 2022509112000013
Assuming that when the dielectric strength degradation is 30%, it must be overhauled, that is, when Ub % = 70%, the unit must be overhauled.
70% = (1- KT・ t-K V・ t-K N・ N (t)) × 100%
That is, ( KT + KV ) t + KNN (t) = 30% (10)
The motor insulation life for N times and N + 1 times on / off is as follows.
t N = (30% -K N N) / ( KT + K V )
t N + 1 = (30% -K N (N + 1)) / ( KT + KV )
By subtracting both equations, the shortening of the insulation life of the motor in one on / off becomes equation (10).
Δt = K N / ( KT + K V ) (11)
In equation (11), each deterioration coefficient is substituted at the maximum value and the minimum value at the same time to calculate the shortened value of the insulation life in one on / off, and then the ratio of the shortened value of the insulation life to the total life of the insulation. And the cost of insulation loss once on and off is calculated from the insulation cost.

ステップFで前記時間最適化区画に基づくポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行数学モデルは、以下のように確立される。感潮ポンプステーションにおいてポンプステーションシステムの総費用を計算する場合、ポンプステーションシステムの各時間帯の運行費用だけでなく、各時間帯のオンオフ費用Fon_offも考慮する必要があり、現在の電力価格をfe元/(kW・h)とする。1日の揚水量の要求を満たしかつポンプステーションが安全に運行する前提で、ユニット運行台数+可変角度を考慮して調整し、ポンプステーションシステムの1日の運行費用を最も節約することを目標に最適化運行数学モデルを確立する。

Figure 2022509112000014
(12)
ここで、
Figure 2022509112000015
(13)
最適化モデル制限条件は、以下である。
Figure 2022509112000016
(14)
式中、Ppmi,j(単位:kW)は、第j時間帯の第i基ポンプステーションのメインウォーターポンプシステムのエネルギー消費量であり、ΔPtei,j(単位:kW)は、第j時間帯の第i基ポンプステーションの送電システムの損失量であり、ΔPbi,j(単位:kW)は、第j時間帯の第i基ポンプステーションの変圧器の損失量であり、ΔPzni,j(単位:kW)は、第j時間帯の第i基ポンプステーションのステーション用補機システムのエネルギー消費量であり、ΔT(単位:h)は、第j時間帯の時間長であり、Fon_offjは、第j時間帯のオンオフ費用であり、nimaxは、第i基ポンプステーションのユニット搭載台数であり、αi,min、αi,maxは、第i基ポンプステーションユニットの最小、最大ブレード角度であり、Qi,j(単位:m/s)は、第i基ポンプステーションの第j時間帯の単機運行流量であり、Qimin、Qimax(単位:m/s)は、それぞれ第i基ポンプステーションユニットの最小、最大単機流量であり、
Figure 2022509112000017
(単位:m)は、l個の時間帯のk個のポンプステーション総揚水量であり、Tは、第j時間帯の時間区画点であり、Tmax(min)、Tmin(max)(単位:h)は、それぞれ隣り合う高(低)潮位、低(高)潮位が出現する時間であり、V(単位:m)は、ポンプステーションの1日の必要揚水量である。 In step F, the daily optimized operation mathematical model of the variable number and variable angle of the pump station system based on the time-optimized section is established as follows. When calculating the total cost of the pump station system in the tide pump station, it is necessary to consider not only the operating cost of each time zone of the pump station system but also the on-off cost Fon_off of each time zone, and the current electricity price is used. Let it be fe element / (kW · h). Assuming that the daily pumping amount requirement is met and the pump station operates safely, the goal is to make adjustments in consideration of the number of units operated + variable angle, and to save the most daily operating cost of the pump station system. Establish an optimized operation mathematical model.
Figure 2022509112000014
(12)
here,
Figure 2022509112000015
(13)
The optimization model limiting conditions are as follows.
Figure 2022509112000016
(14)
In the equation, P pmi, j (unit: kW) is the energy consumption of the main water pump system of the i-group pump station in the j-time zone, and ΔP tei, j (unit: kW) is the j-hour. The loss amount of the transmission system of the i-group pump station in the band, ΔP bi, j (unit: kW) is the loss amount of the transformer of the i-group pump station in the j-time zone, ΔP zni, j. (Unit: kW) is the energy consumption of the station auxiliary equipment system of the i-th pump station in the jth time zone, and ΔTj (unit: h) is the time length in the jth time zone, F. on_offj is the on / off cost of the jth time zone, nimax is the number of units installed in the i-group pump station, and α i, min , α i, max are the minimum and maximum of the i-group pump station unit. The blade angle, Q i, j (unit: m 3 / s) is the single machine operating flow rate in the j time zone of the i-group pump station, and Q imin , Q imax (unit: m 3 / s) is. , The minimum and maximum single-machine flow rate of the i-group pump station unit, respectively.
Figure 2022509112000017
(Unit: m 3 ) is the total pumping amount of k pump stations in one time zone, T j is a time interval point in the jth time zone, and T max (min) and T min (max ). ) (Unit: h) is the time when the adjacent high (low) tide level and low (high) tide level appear, respectively, and V x (unit: m 3 ) is the daily required pumping amount of the pump station. ..

ステップGで前記時間最適化区画に基づくポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行の時間最適化区画と区画運行計画の計算及び決定は、以下である。ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行の最適化区画と区画運行計画の計算及び求解は、複雑な非線形組み合わせ問題を求解することである。本発明は、改良混合粒子群アルゴリズムを用いて最適化計画の計算及び求解を行う。求解過程は、図2に示し、具体的なステップが以下である。
(1)ステップDにより、感潮ポンプステーションの1日2回の高潮、2回の低潮の水位変化規則に基づき、揚程の1日の変化規則により1日24時間を隣り合う高潮位と低潮位の時点を境界とし、範囲ごとに1つの時間帯を決定し、1日を4つの時間帯に分け、ハルトンシーケンスを用いてランダムにm種類の時間区画計画を生成し、時間区画計画ごとの運行計画を最適化し、即ち、ステップAに記載のポンプステーションシステムのエネルギー消費量に基づいて、1日の揚水水量の要求を満たすことを決定した場合、ポンプステーションシステムの運行エネルギー消費量が最も節約されるユニット運行台数とブレード角度の組み合わせを最適な運行計画とする。
(2)各時間区画計画の全時間帯のオンオフ状況を決定し、ステップEにより各時間区画計画のオンオフ総費用を正確に計算し、ステップFで提案した時間最適化区画に基づくポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行数学モデルに基づき、時間区画計画ごとに対応するポンプステーションシステムの総運行費用を計算し、ポンプステーションシステムの総運行費用が最も節約される際の計画を、ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行最適計画の初期計画とする。
(3)改良混合粒子群アルゴリズム更新式によりm種類の新しい時間区画計画を更新し、上述のステップによりm種類の新しい時間区画計画のポンプステーションシステムの総運行費用を算出し、m種類の新しい計画におけるポンプステーションシステムの総運行費用の最小値を決定して初期計画費用と比較し、m種類の新しい計画におけるポンプステーションシステムの総運行費用の最小値が初期計画の最小システム運行費用より小さければ、ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適運行最適計画を更新し、逆に、元計画を保留する。
(4)アルゴリズムの規定により時間区画計画を絶えず更新し、ポンプステーションシステムの総運行費用の最小値が安定な値に近づくまでアルゴリズムが収束し、時間区画計画の更新反復を停止し、現在の計画をポンプステーションシステムユニットの可変台数と可変角度の1日最適運行最適計画とし、対応する計画のポンプステーションシステムの総運行費用を決定する。
In step G, the calculation and determination of the time-optimized section and the section operation plan of the variable number of pump station systems and the variable angle of the one-day optimized operation based on the time-optimized section are as follows. Optimizing the daily optimization operation of the variable number and variable angle of the pump station system Calculation and solution of the section and section operation plan is to solve a complicated nonlinear combination problem. The present invention calculates and solves an optimization plan using an improved mixed particle swarm algorithm. The solution process is shown in FIG. 2, and the specific steps are as follows.
(1) In step D, based on the water level change rule of the high tide twice a day and the low tide twice a day of the tide pump station, the high tide level and the low tide level adjacent to each other 24 hours a day according to the daily change rule of the lift. One time zone is determined for each range, and the day is divided into four time zones. If the plan is optimized, i.e., based on the energy consumption of the pump station system described in step A, and it is decided to meet the daily pumping water requirement, the operating energy consumption of the pump station system is saved most. The optimum operation plan is the combination of the number of units operated and the blade angle.
(2) The on / off status of all time zones of each time slot plan is determined, the total on / off cost of each time slot plan is accurately calculated by step E, and the pump station system based on the time optimization section proposed in step F is used. Based on the daily optimized operation mathematical model of variable number and variable angle, calculate the total operating cost of the corresponding pump station system for each time zone plan, and plan when the total operating cost of the pump station system is saved most. , The initial plan of the daily optimization operation optimization plan of the variable number and variable angle of the pump station system.
(3) The total operating cost of the pump station system of the m-type new time-division plan is calculated by updating the m-type new time-division plan by the improved mixed particle group algorithm update formula, and the m-type new plan is calculated by the above steps. If the minimum value of the total operating cost of the pump station system in the initial plan is smaller than the minimum operating cost of the pump station system in m types of new plans, the minimum value of the total operating cost of the pump station system is determined and compared with the initial plan cost. Update the optimal daily operation plan for the variable number and variable angle of the pump station system, and conversely suspend the original plan.
(4) The time interval plan is constantly updated according to the algorithm, the algorithm converges until the minimum total operating cost of the pump station system approaches a stable value, the time interval plan update iteration is stopped, and the current plan is stopped. Is the optimal daily operation plan for the variable number and variable angle of the pump station system unit, and the total operating cost of the pump station system of the corresponding plan is determined.

本発明の有益な効果は、以下である。感潮ポンプステーションの水位変化規則に基づき、1日を可変運行状況の異なる時間帯に分け、時間区画を最適化し、ポンプステーションの運行費用及びオンオフ費用を考慮し、1日の揚水水量の要求を満たすことを前提に、改良粒子群アルゴリズムに基づいて、ポンプステーションシステムの1日の運行費用が最も節約される時にポンプステーションの可変運行状況における最適な時間区画、時間帯ごとのポンプステーションユニット運行台数とブレード角度の組み合わせを計算して決定し、ポンプステーション最適化運行に理論的なサポートを提供する。 The beneficial effects of the present invention are: Based on the water level change rule of the tide pump station, the day is divided into different time zones with variable operation status, the time zone is optimized, the operation cost of the pump station and the on / off cost are taken into consideration, and the request for the amount of pumped water per day is requested. Based on the improved particle group algorithm, the optimum time zone in the variable operation situation of the pump station when the daily operation cost of the pump station system is saved most, the number of pump station units operated by time zone And blade angle combinations are calculated and determined to provide theoretical support for pump station optimized operation.

本発明の感潮ポンプステーション揚程の1日の変化規則曲線及び時間区画の区分点範囲の模式図である。It is a schematic diagram of the daily change rule curve of the head of a tidal pump station of the present invention, and the division point range of a time section. 本発明のポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行計画の求解過程図である。It is a solution process diagram of the 1-day optimized operation plan of a variable number and a variable angle of the pump station system of this invention. 本発明の実施例に係る感潮ポンプステーションのある日の揚程変化の曲線図である。It is a curve diagram of the head change on a certain day of the tidal pump station which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施例の計画1~計画3に係る同一揚程で異なる流量におけるポンプステーションのシステム効率の曲線図である。It is a curve diagram of the system efficiency of a pump station at the same head and different flow rates according to Plan 1 to Plan 3 of the embodiment of the present invention. 本発明の実施例に係る時間区画最適化に基づくポンプステーションシステム最適化運行計画と他の運行計画の1日の運行費用の節約率の比較図である。It is a comparative figure of the saving rate of the daily operation cost of the pump station system optimization operation plan based on the time interval optimization which concerns on embodiment of this invention, and other operation plans.

以下、本発明の技術手段を採用し、図面及び実施例を参照して本発明を更に説明するが、本実施例は、本発明の制限と理解されてはならない。 Hereinafter, the present invention will be further described by adopting the technical means of the present invention with reference to the drawings and examples, but the present embodiment should not be understood as a limitation of the present invention.

ある感潮ポンプステーション群のある日の揚程変化曲線を基に最適化運行計画を計算する。このポンプステーション群は、3基のポンプステーションからなり、それぞれステーション1、ステーション2、ステーション3である。これらのポンプステーションの具体的な情報は、表2~表8に示す通りである。ある日のポンプステーションの揚程変化規則曲線は、図3に示すように、ポンプステーション揚水平均流量400m/s、すなわち0時から24時までの揚水体積3.456×10が要求される。 The optimized operation plan is calculated based on the head change curve of a certain tidal pump station group on a certain day. This pump station group consists of three pump stations, which are station 1, station 2, and station 3, respectively. Specific information on these pump stations is as shown in Tables 2 to 8. As shown in FIG. 3, the pump station lift change rule curve on one day requires a pump station pumping average flow rate of 400 m 3 / s, that is, a pumping volume of 3.456 × 10 7 m 3 from 0:00 to 24:00. Ru.

表2:ステーション1、2、3のポンプユニット性能パラメータ Table 2: Pump unit performance parameters for stations 1, 2 and 3

Figure 2022509112000018
Figure 2022509112000018

表3:ステーション1、2、3の主変圧器パラメータ Table 3: Main transformer parameters of stations 1, 2 and 3

Figure 2022509112000019
Figure 2022509112000019

表4:ステーション1、2、3の送電線ケーブルパラメータ Table 4: Transmission line cable parameters for stations 1, 2 and 3

Figure 2022509112000020
Figure 2022509112000020

表5:ステーション1、2、3の補機パラメータ Table 5: Auxiliary equipment parameters for stations 1, 2 and 3

Figure 2022509112000021
Figure 2022509112000021

なお、ステーション1、3は、2台の通風機が1台のユニットに対応し、ステーション2は、稼働台数が5未満である場合、1台の通風機のみを作動させ、5以上である場合、2台の通風機をすべて作動させる。 In stations 1 and 3, two ventilators correspond to one unit, and in station 2, when the number of operating units is less than 5, only one ventilator is operated and the number is 5 or more. 2. Operate all two ventilators.

表6:流量とポンプ装置揚程のフィッティング方程式 Table 6: Fitting equations for flow rate and pump head

Figure 2022509112000022
Figure 2022509112000022

表7:ポンプ装置効率と流量のフィッティング方程式 Table 7: Pumping device efficiency and flow rate fitting equations

Figure 2022509112000023
Figure 2022509112000023

表8:セットモータ効率曲線のフィッティング方程式 Table 8: Fitting equation for set motor efficiency curve

Figure 2022509112000024
Figure 2022509112000024

ステップA:大型ポンプステーションシステムの運行における全エネルギー消費量の計算
ステップAは、ステップBのために一定のポンプステーション流量、揚程におけるポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の最適化運行計画のエネルギー消費量の計算範囲と方法を規定し、ステップCで揚程7.8m、ポンプステーション必要流量400m/sを例とする。ここで、ステーション1とステーション3は、ユニットがすべて稼働し、ステーション2は、2台のユニットが稼働する。式(1)~(6)によってそれぞれポンプステーションシステムの各部分のエネルギー消費量、即ち、メインウォーターポンプシステムのエネルギー消費量Ppm、変圧器のエネルギー消費量ΔP、送電線システムのエネルギー消費量ΔPte及びステーション用補機システムのエネルギー消費量Pznを計算する。ここで、各エネルギー消費量の具体的な計算は、表9に示される。
Step A: Calculation of total energy consumption in operation of large pump station system Step A is the energy consumption of the optimized operation plan of constant pump station flow rate, variable number and variable angle of pump station system at head for step B. The calculation range and method of the amount are specified, and the head is 7.8 m and the required flow rate of the pump station is 400 m 3 / s in step C as an example. Here, all the units of the station 1 and the station 3 are operated, and the two units of the station 2 are operated. According to equations (1) to (6), the energy consumption of each part of the pump station system, that is, the energy consumption of the main water pump system P pm , the energy consumption of the transformer ΔP b , and the energy consumption of the transmission line system. Calculate the energy consumption P zn of ΔP te and the auxiliary equipment system for the station. Here, the specific calculation of each energy consumption is shown in Table 9.

表9:ステーション1、2、3のポンプステーションシステム各部分のエネルギー消費量 Table 9: Energy consumption of each part of the pump station system of stations 1, 2 and 3

Figure 2022509112000025
Figure 2022509112000025

ステップB:ポンプステーションの一定流量と揚程におけるポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の最適化運行計画の決定
最適化モデル式(7)、(8)は、単位流量あたりのポンプステーションシステムのエネルギー消費量の計算式であり、ポンプステーションの揚程が7.5m、ポンプステーションの流量が70~500m/sの場合、大型ウォーターポンプの単ポンプ流量が大きいため、特に揚水流量要求に正確に等しくなるためにポンプシステムの運行効率を犠牲にすることができない。要求されたポンプステーションの揚水流量Qに基づき、ポンプステーションの実際の揚水流量をQ~Q+qmaxの範囲内に制御する。式中、qmaxは、最大ユニット単体流量qmaxである。ポンプステーションシステムが最も省エネであることを図り、この感潮ポンプステーション群の最大ユニット単体流量qmax=40m/sである。
Step B: Optimizing the variable number and variable angle of the pump station system at a constant flow rate and head of the pump station Determining the operation plan The optimization model equations (7) and (8) are the energy consumption of the pump station system per unit flow rate. When the pump station lift is 7.5 m and the pump station flow rate is 70 to 500 m 3 / s, the single pump flow rate of a large water pump is large, so it is exactly equal to the pumping flow rate requirement. Therefore, the operational efficiency of the pump system cannot be sacrificed. Based on the requested pumping station pumping flow rate Qr , the actual pumping flow rate of the pump station is controlled within the range of Qr to Qr + q max . In the equation, q max is the maximum unit flow rate q max . The pump station system is the most energy-saving, and the maximum unit flow rate of this tidal pump station group is q max = 40 m 3 / s.

ポンプステーションの揚程が一定である場合、ポンプステーションの流量が必要流量よりやや大きい場合、運行時間が区分されない場合の3つの計画のシステム効率は、図4に示す通りである。そのうち、計画1について、ウォーターポンプのブレード角度βが設計角度であり、通常0°である場合、ポンプ装置群効率ηが高い方が優先的に運行し、ηの大きさで順次に必要流量を満たすまで電源を入れる。設計角度での運行を維持するため、ポンプユニット単体の揚水流量は、一定であり、かつ実際の操作問題を考慮し、稼働台数は、整数を選び、実際の揚水流量が要求揚水流量よりやや大きい稼働計画は、最適運行計画である。計画2について、各ユニットが所定の装置揚程Hで、ポンプステーションの揚水流量が要求揚水流量と厳密に等しくなるように運行する時には、ポンプステーションシステムの効率ηpsが最も高い、すなわちポンプステーションシステムのエネルギー消費量が最も小さい稼働計画は、最適な運行計画である。計画3は、本発明が提案するポンプステーションの実際の揚水流量をQ~Q+qmax範囲に制御し(流量を増大させる)、ポンプステーションシステムの1日の単位流量あたりのエネルギー消費量を最小にすることを目標とする最適な運行方案である。 The system efficiencies of the three plans when the head of the pump station is constant, the flow rate of the pump station is slightly larger than the required flow rate, and the operating time is not divided are as shown in FIG. Of these, for Plan 1, when the blade angle β of the water pump is the design angle and is normally 0 °, the one with the higher pump device group efficiency η z operates preferentially, and it is necessary to sequentially operate with the magnitude of η z . Turn on the power until the flow rate is satisfied. In order to maintain the operation at the design angle, the pumping flow rate of the pump unit alone is constant, and considering the actual operation problem, select an integer for the number of operating units, and the actual pumping flow rate is slightly larger than the required pumping flow rate. The operation plan is the optimum operation plan. For Plan 2, the pump station system has the highest efficiency η ps when each unit operates at a given device head Hz so that the pump station pumping flow is exactly equal to the required pumping flow, ie the pump station system. The operation plan with the lowest energy consumption is the optimum operation plan. Plan 3 controls the actual pumping flow rate of the pump station proposed by the present invention in the range of Qr to QR + q max (increasing the flow rate), and determines the energy consumption per unit flow rate of the pump station system per day. It is the optimal operation plan with the goal of minimizing it.

計画1、計画2で求めたシステムの総エネルギー消費量を揚水流量で割って、単位流量あたりのシステムエネルギー消費量

Figure 2022509112000026
を得る。計画3と比較して、システムのエネルギー消費量とシステムの効率から見て、計画3は、計画2と計画1より優れ、特に流量が小さい場合に顕著である。従って、最終的に計画3を、ポンプステーション揚程7.5m、異なるポンプステーション流量時の可変台数と可変角度の最適化運行計算計画とする。 System energy consumption per unit flow rate by dividing the total energy consumption of the system obtained in Plan 1 and Plan 2 by the pumping flow rate.
Figure 2022509112000026
To get. Compared to Plan 3, Plan 3 is superior to Plan 2 and Plan 1 in terms of system energy consumption and system efficiency, especially when the flow rate is small. Therefore, finally, Plan 3 is an optimized operation calculation plan for a pump station lift of 7.5 m, a variable number of pump stations at different flow rates, and a variable angle.

ポンプステーションの資料から、ポンプステーションの運行揚程の変化範囲は、3.5m~8.0mであり、ポンプステーションの揚水流量範囲は、0~500m/sであることがわかる。揚程0.2m間隔、流量50m/s間隔で、それぞれステップAに基づき、計画3により、異なるように決定されたポンプステーション流量、揚程におけるポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の最適化運行計画を計算する。 From the materials of the pump station, it can be seen that the range of change in the operating head of the pump station is 3.5 m to 8.0 m, and the range of pumping flow rate of the pump station is 0 to 500 m 3 / s. Optimized operation plan for pump station flow rate, variable number of pump station systems and variable angle at head, which were determined differently by Plan 3 based on Step A at head 0.2m intervals and flow rate 50m 3 / s intervals, respectively. To calculate.

ステップC:ポンプステーションの感潮側水位とポンプステーション揚程の1日の変化規則の決定
図3は、感潮ポンプステーション群のある日の揚程変化規則曲線であり、1日内に2回の高潮位と2回の低潮位が出現し、2つの高潮位の揚程は、それぞれ5.84m、5.87mであり、2つの低潮の揚程は、3.57m、3.60mであり、高潮と低潮の間は水位の変動幅が大きい。
Step C: Determining the daily change rule of the water level on the tide side of the pump station and the pump station lift Figure 3 is the lift change rule curve of the tide pump station group on a certain day, and the high tide level is twice in a day. And two low tides appear, the heads of the two high tides are 5.84 m and 5.87 m, respectively, and the heads of the two low tides are 3.57 m and 3.60 m, of high tide and low tide. During that time, the fluctuation range of the water level is large.

ステップD:ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行計画の可変運行状況における時間区画数と限界範囲の決定
同ポンプステーションの感潮側水位の変化は、1日に2回の高潮位と2回の低潮位が規則的に出現し、かつ水位の変化幅が大きく、水位の変化に応じて1日を4つの時間帯に分けてそれぞれ最適化運行計画を決定する。ステップCで図3の1日の揚程変化曲線を例にとると、必要なポンプステーション流量が400m/sである場合、同ポンプステーションの1日の最適運行計画を計算する。
Step D: Daily optimization of variable number and variable angle of pump station system Determination of time division number and limit range in variable operation status of operation plan The change of the water level on the tidal side of the pump station is twice a day. A high tide level and two low tide levels appear regularly, and the range of change in the water level is large. According to the change in the water level, the day is divided into four time zones and the optimized operation plan is determined for each. Taking the daily head change curve of FIG. 3 as an example in step C, when the required pump station flow rate is 400 m 3 / s, the optimum daily operation plan of the pump station is calculated.

揚程の1日の変化規則によって24時間をそれぞれ高潮位と低潮位の間に1つの時間境界点を生じさせ、4つの時間区画の最初の境界点を0hとし、他の3つの境界点が位置する範囲は、それぞれ、4.35~7.25h、7.25~16.65h、16.65~19.75hである。 According to the daily change rule of the lift, one time boundary point is generated between the high tide level and the low tide level for 24 hours, respectively, the first boundary point of the four time segments is set to 0h, and the other three boundary points are located. The range is 4.35 to 7.25 h, 7.25 to 16.65 h, and 16.65 to 19.75 h, respectively.

ステップE:ポンプステーションユニットのオンオフにおける部品損失費用の定量計算
ポンプステーションのオンオフ費用は、主にモータ絶縁劣化損失を計算する。オンオフ時の絶縁強度は、式(11)で計算できる。ただし、モータ絶縁材料がポリエステル樹脂の場合は、K=0.114×10-6、K=(30~45)×10-6、K=(1.03~2.06)×10-6であり、式(11)を代入して1ユニットの1回のオンオフにおいて絶縁寿命が0.002~0.003年減少することが算出される。モータの絶縁費用が50万元であり、寿命が20年であり、1台のユニットの1回のオンオフかかる費用は、50~75元であり、65元とする。
Step E: Quantitative calculation of component loss cost when turning on / off the pump station unit The on / off cost of the pump station mainly calculates the motor insulation deterioration loss. The dielectric strength at the time of on / off can be calculated by the equation (11). However, when the motor insulating material is polyester resin, KT = 0.114 × 10-6 , KEN = (30 to 45 ) × 10-6 , KV = (1.03 to 2.06) × 10. It is -6 , and it is calculated that the insulation life is reduced by 0.002 to 0.003 years in one on / off of one unit by substituting the formula (11). The insulation cost of the motor is 500,000 yuan, the life is 20 years, and the cost of turning on and off one unit is 50 to 75 yuan, which is 65 yuan.

ステップF:時間最適化区画に基づくポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行数学モデル
ステップEから、1ユニットの1回のオンオフにかかる費用が50~75元であり、Fon_off=65元を取り、現在の電力価格fe=0.5968元/(kW・h)と仮定する。1日のポンプステーションの揚水量の要求を満たしかつポンプステーションが安全に運行することを前提に、ポンプステーションシステムの1日の運行費用を最も節約されることを目標に、同感潮ポンプステーションの最適化運行数学モデルを確立する。

Figure 2022509112000027
最適化モデル制限条件は、以下である。
Figure 2022509112000028
ここで、Fon_offjは、第jの時間帯のオンオフ費用であり、nmax=16,10,7。αimin、αimaxについて、第i(i=1,2,3)基のポンプステーションユニットの最小、最大ブレード角度であり、それぞれ[-4°,4°]、[-6°,4°]、[-6°,4°]である。Qimin、Qimax(単位:m/s)は、第i基のポンプステーションユニットの最小、最大の単機流量である。
Figure 2022509112000029
(単位:m)は、4つの時間帯の3つのポンプステーションの総揚水量である。Tは、第jの時間帯の時間区画点範囲であり、Tjmax(min)、Tjmin(max)(単位:h)は、それぞれ隣り合う高潮位、低潮位の時点である。V(単位:m)は、必要揚水量である。i=1,2,3。j=1,2,3,4。 Step F: 1-day optimized operation mathematical model of variable number and variable angle of pump station system based on time-optimized partition From step E, the cost of one unit on / off is 50-75 yuan, and F on_off = 65 yuan is taken, and it is assumed that the current power price fe = 0.5968 yuan / (kW · h). Optimal of the same tide pump station with the goal of saving the most daily operating cost of the pump station system, assuming that the pump station's daily pumping volume requirements are met and the pump station operates safely. Establish a mathematical model for pumping.
Figure 2022509112000027
The optimization model limiting conditions are as follows.
Figure 2022509112000028
Here, F on_offj is the on / off cost of the jth time zone, and n max = 16,10,7. For α imin and α imax , the minimum and maximum blade angles of the pump station unit of the i (i = 1, 2, 3) group are [-4 °, 4 °] and [-6 °, 4 °], respectively. , [-6 °, 4 °]. Q imin and Q imax (unit: m 3 / s) are the minimum and maximum single-machine flow rates of the i-group pump station unit.
Figure 2022509112000029
(Unit: m 3 ) is the total pumping amount of the three pump stations in the four time zones. T j is a time zone point range of the jth time zone, and T jmax (min) and T jmin (max) (unit: h) are the time points of the adjacent high tide level and low tide level, respectively. V x (unit: m 3 ) is the required pumping amount. i = 1, 2, 3. j = 1,2,3,4.

ステップG:時間最適化区画に基づくポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行の時間最適化区画と区画運行計画の計算及び決定
本発明は、改良混合粒子群アルゴリズムを用いて最適化方案の計算及び求解を行い、該アルゴリズムを用いる前に、ポンプステーションの最適化運行求解の特性に対してアルゴリズムの改良調整を行う。実験を経て、個体群数が400であり、反復回数が350回の場合、アルゴリズム収束性の安定性が良い。
Step G: Calculation and determination of time-optimized compartment and compartment operation plan for one-day optimized operation of variable number and variable angle of pump station system based on time-optimized compartment The present invention is optimized using the improved mixed particle group algorithm. The algorithm is calculated and solved, and the algorithm is improved and adjusted for the characteristics of the optimized operation solution of the pump station before using the algorithm. After the experiment, when the population number is 400 and the number of iterations is 350, the stability of the algorithm convergence is good.

ステップGと図2のステップに従って、本実施例のポンプステーションシステム最適化運行モデルに対して最適化計算を行い、ポンプステーションシステムが1日平均流量450m/sを満たす可変台数と可変角度の1日最適運行最適化計画及び総運行費用Fが474961元であることを決定し、運行計画を表10に示す。 According to step G and the step of FIG. 2, the optimization calculation is performed for the pump station system optimization operation model of this embodiment, and the pump station system satisfies the daily average flow rate of 450 m 3 / s. It has been decided that the daily optimum operation optimization plan and the total operation cost Fo are 474,961 yuan, and the operation plan is shown in Table 10.

表10:ステーション1、2、3のある日の1日平均流量450m/sを満たす時間最適化区画に基づくポンプステーションシステムの1日最適化運行計画 Table 10: Daily optimization operation plan of the pump station system based on the time optimization section that satisfies the daily average flow rate of 450 m 3 / s for one day of stations 1, 2 and 3.

Figure 2022509112000030
Figure 2022509112000030

同時に同ポンプステーション群の同日の必要平均流量450m/sを計算する。計画1によると、ポンプステーションが終日設計角度0°、固定稼働台数で運行する場合、ポンプステーションシステムの1日の最適化運行費用Fは、490147元であり、運行計画は、表11に示す。計画2は、1日の時間を平均して4つの時間帯に分けるポンプステーションの1日の最適化運行計画であって、ポンプステーションシステムユニットの運行組み合わせ+ブレード角度の1日最適化運行総費用Fを487490元と決定し、最適化運行計画を表12に示す。計画3は、時間最適化で4つの時間帯に分け、各時間帯の平均流量が制約要求を満たす最適化運行計画であり、システムの1日の運行費用Fは、486518元であり、最適化運行計画を表13に示す。図5に示すように、本発明が提案する感潮ポンプステーションは、1日の揚水総量に基づく時間区画+ユニット運行組み合わせ+ブレード角度の同時最適化の1日の最適化運行計画の総運行費用Fは、計画1の総運行費用F、計画2の総運行費用F、計画3の総運行費用Fより、それぞれ3.10%、2.57%、2.38%を節約し、最適化されていない運行計画(一般にブレード角度を設計して運行する)より運行費用を5%~10%以上節約する。 At the same time, the required average flow rate of 450 m 3 / s for the same day of the same pump station group is calculated. According to Plan 1, if the pump station operates at a design angle of 0 ° all day and a fixed number of units, the daily optimized operating cost F1 of the pump station system is 490147 yuan, and the operation plan is shown in Table 11. .. Plan 2 is a daily optimization operation plan of the pump station that divides the time of the day into four time zones on average, and the operation combination of the pump station system unit + the total daily optimization operation cost of the blade angle. F 2 is determined to be 487,490 yuan, and the optimized operation plan is shown in Table 12. Plan 3 is an optimized operation plan that divides into four time zones by time optimization and the average flow rate in each time zone meets the constraint requirements, and the daily operation cost F3 of the system is 486518 yuan, which is optimal. Table 13 shows the conversion operation plan. As shown in FIG. 5, the tide pump station proposed by the present invention has a total operating cost of a daily optimized operation plan of a time section based on the total amount of pumped water per day + a unit operation combination + simultaneous optimization of the blade angle. F 0 saves 3.10%, 2.57%, and 2.38% from the total operating cost F 1 of Plan 1, the total operating cost F 2 of Plan 2, and the total operating cost F 3 of Plan 3, respectively. Saves 5% to 10% or more on operating costs compared to non-optimized operating plans (generally designed and operated blade angles).

表11:ステーション1、2、3のブレード設計角度に基づくポンプステーションシステムの1日運行計画 Table 11: Daily operation plan of pump station system based on blade design angles of stations 1, 2 and 3

Figure 2022509112000031
Figure 2022509112000031

表12:ステーション1、2、3の固定時間区画に基づくポンプステーションシステムの1日最適化運行計画 Table 12: Daily optimized operation plan of pump station system based on fixed time zones of stations 1, 2 and 3

Figure 2022509112000032
Figure 2022509112000032

表13:ステーション1、2、3の最適化時間区画に基づくポンプステーションシステムの1日最適化運行計画 Table 13: Daily optimization operation plan of pump station system based on optimization time zones of stations 1, 2 and 3

Figure 2022509112000033
Figure 2022509112000033

(付記)
(付記1)
時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行方法であって、
A:大型ポンプステーションシステムの運行における全エネルギー消費量を計算するステップと、
B:ポンプステーションの一定流量と揚程におけるポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の最適化運行計画を決定するステップと、
C:ポンプステーションの感潮側水位とポンプステーション揚程の1日の変化規則を決定するステップと、
D:ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行計画の可変運行状況における時間区画数と限界範囲を決定するステップと、
E:ポンプステーションユニットのオンオフにおける部品損失費用を定量的に計算するステップと、
F:時間最適化区画に基づくポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行数学モデルを確立するステップと、
G:時間最適化区画に基づくポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行の時間最適化区画と区画運行計画を計算して決定するステップとを含むことを特徴とする
時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行方法。
(Additional note)
(Appendix 1)
It is a one-day optimized operation method of variable number and variable angle of tidal pump station system based on time-optimized section.
A: Steps to calculate total energy consumption in the operation of a large pump station system,
B: Steps to determine the optimized operation plan for the variable number and variable angles of the pump station system at a constant flow rate and head of the pump station.
C: Steps to determine the daily change rule of the water level on the tidal side of the pump station and the head of the pump station,
D: One-day optimization of variable number of pump station systems and variable angles Steps to determine the number of time sections and limit range in the variable operation status of the operation plan,
E: A step to quantitatively calculate the cost of parts loss when turning the pump station unit on and off,
F: Steps to establish a one-day optimized operation mathematical model of variable number and variable angle pump station system based on time-optimized compartment,
G: Time optimization characterized by including a variable number of pump station systems based on a time-optimized section and a time-optimized section of a variable-angle daily-optimized operation and a step of calculating and determining a section operation plan. A day-optimized operation method for variable numbers and variable angles of tide pump station systems based on compartments.

(付記2)
ステップAで前記大型ポンプステーションシステムの運行における全エネルギー消費量の計算は、以下のように解を求め、
大型軸流ポンプステーションを例とすると、システムの総エネルギー消費量は、メインウォーターポンプシステムのエネルギー消費量Ppm、変圧器のエネルギー消費量ΔP、送電線システムのエネルギー消費量ΔPte及びステーション用補機システムのエネルギー消費量Pznからなり、各部分のエネルギー消費量の求解式は、それぞれ以下の通りであることを特徴とする
付記1に記載の時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行方法。

Figure 2022509112000034
(1)
Figure 2022509112000035
(2)
Figure 2022509112000036
(3)
Figure 2022509112000037
(4)
zn=Pzn′×Q (5)
式中、ρ(単位:kg/m)は、水体密度であり、g(単位:m/s)は、重力加速度であり、Q(単位:m/s)は、ポンプステーション流量であり、H(単位:m)は、ポンプステーション装置揚程であり、ηは、ポンプ装置効率であり、ηdrは、伝動機構効率であり、ηmotは、モータ効率であり、P(単位:kW)は、変圧器の定格無負荷有効損失であり、即ち鉄損であり、kは、無効経済当量であり、電力網における変圧器の位置によって値をとり、一般的にはk=0.1kW/kvarを取り、Q(単位:kW)は、変圧器定格励磁電力であり、S(単位:kVA)は、変圧器容量であり、S(単位:kVA)は、変圧器定格容量であり、P(単位:kW)は、変圧器定格負荷有効損失であり、すなわち銅損であり、Q(単位:kW)は、変圧器定格負荷漏洩磁気電力であり、I%(単位:%)は、変圧器無負荷電流であり、U%(単位:%)は、変圧器インピーダンス電圧であり、ΔPte′(単位:kW)は、単一送電線損失であり、Ite′(単位:A)は、単一送電線電流であり、P(単位:kW)は、送電線接続設備の入力電力であり、U(単位:kV)は、当該設備の定格電圧であり、cosφは、電力要素であり、r(単位:Ω/km)は、送電線の単位長さ抵抗であり、l(単位:km)は、線路長であり、Pzn′(単位:kW/(m/s))は、単位流量あたりのステーション用補機の消費電力である。 (Appendix 2)
In step A, the calculation of the total energy consumption in the operation of the large pump station system is calculated as follows.
Taking a large axial pump station as an example, the total energy consumption of the system is the energy consumption Ppm of the main water pump system, the energy consumption ΔP b of the transformer, the energy consumption ΔP te of the transmission line system and the station. A tide pump station system based on the time-optimized section described in Appendix 1, which consists of the energy consumption Pzn of the auxiliary equipment system, and the solution equations for the energy consumption of each part are as follows. Variable number and variable angle daily optimized operation method.
Figure 2022509112000034
(1)
Figure 2022509112000035
(2)
Figure 2022509112000036
(3)
Figure 2022509112000037
(4)
P zn = P zn ′ × Q z (5)
In the equation, ρ (unit: kg / m 3 ) is the water body density, g (unit: m / s 2 ) is the gravity acceleration, and Q z (unit: m 3 / s) is the pump station flow rate. H z (unit: m) is the pump station device lift, η z is the pump device efficiency, η dr is the transmission mechanism efficiency, η mot is the motor efficiency, and P 0 . (Unit: kW) is the rated no-load effective loss of the transformer, that is, iron loss, and k is the invalid economic equivalent, which is valued according to the position of the transformer in the power network, and generally k =. Taking 0.1 kW / kvar, Q 0 (unit: kW) is the transformer rated excitation power, S (unit: kVA) is the transformer capacity, and Se (unit: kVA) is the transformer. It is the rated capacity, P f (unit: kW) is the transformer rated load effective loss, that is, the copper loss, and Q f (unit: kW) is the transformer rated load leakage magnetic power, I 0 . % (Unit:%) is the transformer no-load current, Ud % (unit:%) is the transformer impedance voltage, and ΔP te ′ (unit: kW) is the single transmission line loss. , I te '(unit: A) is the single transmission line current, P (unit: kW) is the input power of the transmission line connection equipment, and Ue (unit: kV) is the rating of the equipment. It is a voltage, cosφ is a power element, r 0 (unit: Ω / km) is a unit length resistance of a transmission line, l (unit: km) is a line length, and P zn ′ ( Unit: kW / (m 3 / s)) is the power consumption of the station auxiliary machine per unit flow rate.

(付記3)
ステップBで前記ポンプステーションの一定流量と揚程におけるポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の最適化運行計画の決定は、過程が以下であり、
所定の装置揚程Hで、ポンプステーション揚水流量が要求揚水流量の0~最大ユニット単機流量qmax増の範囲で各ユニットが運行されている場合、単位流量あたりのシステムエネルギー消費量

Figure 2022509112000038
(kW/(m/s))の最小を目標としてポンプステーションの揚程一定時のポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の最適化運行計画を決定し、数学モデルは、以下であり、
Figure 2022509112000039
(6)
制限条件は、下記式(7)であることを特徴とする
付記1に記載の時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行方法。
Figure 2022509112000040
(7)
式中:ρ(単位:kg/m)は、水体密度であり、g(単位:m/s)は、重力加速度であり、Q(単位:m/s)は、第i基ポンプステーションユニットの単機流量であり、Qi,min、Qi,max(単位:m/s)は、それぞれ第i基ポンプステーションの最小、最大単機流量であり、α(単位:°)は、第i基ポンプステーションのブレード角度であり、Q(単位:m/s)は、ポンプステーションの必要揚水流量であり、αi,min、αi,max(単位:゜)は、それぞれ第i基ポンプステーションの最小、最大ブレード角度であり、Hzi(単位:m)は、第i座ポンプステーション装置揚程であり、ηziは、第i基ポンプステーション装置効率であり、ηdriは、第i基ポンプステーション伝動機構効率であり、ηmotiは、第i基ポンプステーションモータ効率であり、nは、第i基ポンプステーション稼働台数であり、Mi,maxは、第i基ポンプステーションの搭載台数であり、その値が正の整数であり、ΔPbi(単位:kW)は、第i基ポンプステーションの変圧器損失であり、ΔPtei(単位:kW)は、第i基ポンプステーションの送電システム損失であり、Pzni(単位:kW)は、第i基ポンプステーションのステーション用補機システムのエネルギー消費量であり、kは、ポンプステーションの数であり、その値が正の整数であり、
Figure 2022509112000041
は、ポンプステーションの流量である。 (Appendix 3)
In step B, the process of determining the optimization operation plan for the variable number and variable angle of the pump station system at the constant flow rate and head of the pump station is as follows.
System energy consumption per unit flow rate when each unit is operated within the range of 0 to maximum unit single machine flow rate q max increase of the required pumping flow rate at the specified device head Hz .
Figure 2022509112000038
With the goal of minimizing (kW / (m 3 / s)), we decided on an optimized operation plan for the variable number of pump station systems and variable angles when the pump station lift is constant, and the mathematical model is as follows.
Figure 2022509112000039
(6)
The limiting condition is a one-day optimized operation method of a variable number and a variable angle of a tidal pump station system based on the time-optimized section described in Appendix 1, which is characterized by the following formula (7).
Figure 2022509112000040
(7)
In the formula: ρ (unit: kg / m 3 ) is the water body density, g (unit: m / s 2 ) is the gravity acceleration, and Q i (unit: m 3 / s) is the i-th group. The single machine flow rate of the pump station unit, Q i, min , Q i, max (unit: m 3 / s) is the minimum and maximum single machine flow rate of the i-type pump station, respectively, and α i (unit: °). Is the blade angle of the i-group pump station, Q x (unit: m 3 / s) is the required pumping flow rate of the pump station, and α i, min , α i, max (unit: °) are The minimum and maximum blade angles of the i-group pump station, respectively, H zi (unit: m) is the i-seat pump station device lift, and η zi is the i-group pump station device efficiency, η dri. Is the i-group pump station transmission mechanism efficiency, η moti is the i-group pump station motor efficiency, n i is the number of the i-group pump station in operation, and Mi and max are the i-group. The number of pump stations installed, the value of which is a positive integer, ΔP bi (unit: kW) is the transformer loss of the i-th pump station, and ΔP tei (unit: kW) is the i-th group. It is the transmission system loss of the pump station, P zni (unit: kW) is the energy consumption of the auxiliary equipment system for the station of the i-group pump station, k is the number of pump stations, and its value is positive. Is an integer of
Figure 2022509112000041
Is the flow rate of the pump station.

(付記4)
ステップDで前記ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行計画の可変運行状況における時間区画数と限界範囲の決定は、方法が以下であり、
揚程の1日の変化規則によって1日24時間を隣り合う高潮位と低潮位の時点を境界とし、範囲ごとに1つの時間帯を決定し、1日を4つの時間帯に分け、このとき区画が1日2回の高潮、2回の低潮に対応し、揚水体積の要求を満たした場合、ポンプステーションシステムの運行費用Fを最も節約することを目標とし、4つの時間帯区分の最適計画と、各時間帯に対応するユニット運行台数nとブレード角度αの組み合わせを決定することを特徴とする
付記1に記載の時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行方法。
(Appendix 4)
In step D, the method for determining the number of time sections and the limit range in the variable operation status of the one-day optimization operation plan of the variable number of the pump station system and the variable angle is as follows.
According to the daily change rule of the lift, 24 hours a day is set as the boundary between the adjacent high tide level and low tide level, one time zone is determined for each range, and the day is divided into four time zones. The goal is to save the operating cost F of the pump station system most when the demand for pumping volume is met by responding to high tides twice a day and low tides twice a day. , The variable number and variable angle of the tide pump station system based on the time-optimized section described in Appendix 1, which is characterized by determining the combination of the unit operating number n and the blade angle α corresponding to each time zone. Optimized operation method.

(付記5)
ステップEで前記ポンプステーションユニットのオンオフにおける部品損失費用の定量的計算は、1回のオンオフにおけるユニットの主要部品の運行寿命の減少量を以下の方法で解を求め、

Figure 2022509112000042
(8)
式中、Kは、熱要素の劣化速度であり、Kは、電気要素の劣化速度であり、Kは、機械要素の機械化量速度であり、t(単位:h)は、ユニットの運行時間であり、Nは、オンオフの回数を示し、1計算周期内に時間tと共に変化し、
Figure 2022509112000043
絶縁劣化が30%になるとオーバーホールしなければならず、すなわちU%=70%になるとユニットのオーバーホールをしなければならないと仮定し、
70%=(1-K・t-K・t-K・N(t))×100%
即ち、(K+K)t+K・N(t)=30% (9)
N回、N+1回のオンオフにおけるモータ絶縁寿命は、それぞれ以下であり、
=(30%-KN)/(K+K
N+1=(30%-K(N+1))/(K+K
両式の減算によって、1回のオンオフにおけるモータの絶縁寿命短縮は、式(10)となり、
Δt=K/(K+K) (10)
式(10)で、各劣化係数を最大値、最小値でそれぞれ同時に代入して1回のオンオフにおける絶縁寿命の短縮値を算出し、続いてこの絶縁寿命の短縮値が絶縁全寿命に占める割合及び絶縁費用によって、オンオフ1回の絶縁損失の費用を算出することを特徴とする
付記1に記載の時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行方法。 (Appendix 5)
In step E, the quantitative calculation of the component loss cost when the pump station unit is turned on and off is performed by finding a solution for the amount of decrease in the operating life of the main component of the unit in one on / off method by the following method.
Figure 2022509112000042
(8)
In the formula, K T is the deterioration rate of the thermal element, K V is the deterioration rate of the electric element, K N is the mechanization rate of the mechanical element, and t (unit: h) is the deterioration rate of the unit. It is an operating time, N indicates the number of times of on / off, and changes with time t within one calculation cycle.
Figure 2022509112000043
Assuming that the insulation deterioration must be overhauled at 30%, that is, the unit must be overhauled at Ub % = 70%.
70% = (1- KT・ t-K V・ t-K N・ N (t)) × 100%
That is, ( KT + KV ) t + KNN (t) = 30% (9)
The motor insulation life for N times and N + 1 times on / off is as follows.
t N = (30% -K N N) / ( KT + K V )
t N + 1 = (30% -K N (N + 1)) / ( KT + KV )
By subtracting both equations, the shortening of the insulation life of the motor in one on / off becomes equation (10).
Δt = K N / ( KT + K V ) (10)
In equation (10), each deterioration coefficient is substituted at the maximum value and the minimum value at the same time to calculate the shortened value of the insulation life in one on / off, and then the ratio of the shortened value of the insulation life to the total life of the insulation. And the daily optimization operation method of the variable number and variable angle of the tidal pump station system based on the time-optimized section described in Appendix 1, which is characterized by calculating the cost of the insulation loss once on and off by the insulation cost. ..

(付記6)
ステップFで前記時間最適化区画に基づくポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行数学モデルは、以下であり、

Figure 2022509112000044
(11)
ここで、
Figure 2022509112000045
(12)
最適化モデル制限条件は、以下であることを特徴とする
付記1に記載の時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行方法。
Figure 2022509112000046
(13)
式中、Ppmi,j(単位:kW)は、第j時間帯の第i基ポンプステーションのメインウォーターポンプシステムのエネルギー消費量であり、ΔPtei,j(単位:kW)は、第j時間帯の第i基ポンプステーションの送電システムの損失量であり、ΔPbi,j(単位:kW)は、第j時間帯の第i基ポンプステーションの変圧器の損失量であり、ΔPzni,j(単位:kW)は、第j時間帯の第i基ポンプステーションのステーション用補機システムのエネルギー消費量であり、ΔT(単位:h)は、第j時間帯の時間長であり、Fon_offjは、第j時間帯のオンオフ費用であり、nimaxは、第i基ポンプステーションのユニット搭載台数であり、αi,min、αi,maxは、第i基ポンプステーションユニットの最小、最大ブレード角度であり、Qi,j(単位:m/s)は、第i基ポンプステーションの第j時間帯の単機運行流量であり、Qimin、Qimax(単位:m/s)は、それぞれ第i基ポンプステーションユニットの最小、最大単機流量であり、
Figure 2022509112000047
(単位:m)は、l個の時間帯のk個のポンプステーション総揚水量であり、Tは、第j時間帯の時間区画点であり、Tmax(min)、Tmin(max)(単位:h)は、それぞれ隣り合う高(低)潮位、低(高)潮位が出現する時間であり、V(単位:m)は、ポンプステーションの1日の必要揚水量である。 (Appendix 6)
The one-day optimized operation mathematical model of the variable number and variable angle of the pump station system based on the time-optimized section in step F is as follows.
Figure 2022509112000044
(11)
here,
Figure 2022509112000045
(12)
The optimization model limiting condition is a one-day optimized operation method of a variable number and a variable angle of a tidal pump station system based on the time optimization section described in Appendix 1.
Figure 2022509112000046
(13)
In the equation, P pmi, j (unit: kW) is the energy consumption of the main water pump system of the i-group pump station in the j-time zone, and ΔP tei, j (unit: kW) is the j-hour. The loss amount of the transmission system of the i-group pump station in the band, ΔP bi, j (unit: kW) is the loss amount of the transformer of the i-group pump station in the j-time zone, ΔP zni, j. (Unit: kW) is the energy consumption of the station auxiliary equipment system of the i-th pump station in the jth time zone, and ΔTj (unit: h) is the time length in the jth time zone, F. on_offj is the on / off cost of the jth time zone, nimax is the number of units installed in the i-group pump station, and α i, min , α i, max are the minimum and maximum of the i-group pump station unit. The blade angle, Q i, j (unit: m 3 / s) is the single machine operating flow rate in the j time zone of the i-group pump station, and Q imin , Q imax (unit: m 3 / s) is. , The minimum and maximum single-machine flow rate of the i-group pump station unit, respectively.
Figure 2022509112000047
(Unit: m 3 ) is the total pumping amount of k pump stations in one time zone, T j is a time interval point in the jth time zone, and T max (min) and T min (max ). ) (Unit: h) is the time when the adjacent high (low) tide level and low (high) tide level appear, respectively, and V x (unit: m 3 ) is the daily required pumping amount of the pump station. ..

(付記7)
ステップGで時間最適化区画に基づくポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行の時間最適化区画と区画運行計画の解を求めることは、複雑な非線形組み合わせ問題であり、改良混合粒子群アルゴリズムを用いて計算して解を求め、計算して解を求める過程が以下であることを特徴とする
付記1に記載の時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行方法。
(1)ステップDにより、感潮ポンプステーションの1日2回の高潮、2回の低潮の水位変化規則に基づき、揚程の1日の変化規則により1日24時間を隣り合う高潮位と低潮位の時点を境界とし、範囲ごとに1つの時間帯を決定し、1日を4つの時間帯に分け、ハルトンシーケンスを用いてランダムにm種類の時間区画計画を生成し、時間区画計画ごとの運行計画を最適化し、即ち、ステップAで前記ポンプステーションシステムのエネルギー消費量に基づいて、揚水水量の要求を満たすことを決定した場合、ポンプステーションシステムの運行エネルギー消費量が最も節約されるユニット運行台数とブレード角度の組み合わせを最適な運行計画とする。
(2)各時間区画計画の全時間帯のオンオフ状況を決定し、ステップEにより各時間区画計画のオンオフ総費用を正確に計算し、ステップFで提案した時間最適化区画に基づくポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行数学モデルに基づき、時間区画計画ごとに対応するポンプステーションシステムの総運行費用を計算し、ポンプステーションシステムの総運行費用が最も節約される際の計画を、ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行最適計画の初期計画とする。
(3)改良混合粒子群アルゴリズム更新式によりm種類の新しい時間区画計画を更新し、上述のステップによりm種類の新しい時間区画計画のポンプステーションシステムの総運行費用を算出し、m種類の新しい計画におけるポンプステーションシステムの総運行費用の最小値を決定して初期計画費用と比較し、m種類の新しい計画におけるポンプステーションシステムの総運行費用の最小値が初期計画の最小システム運行費用より小さければ、ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適運行最適計画を更新し、逆に、元計画を保留する。
(4)アルゴリズムの規定により時間区画計画を絶えず更新し、ポンプステーションシステムの総運行費用の最小値が安定な値に近づくまでアルゴリズムが収束し、時間区画計画の更新反復を停止し、現在の計画をポンプステーションシステムユニットの可変台数と可変角度の1日最適運行最適計画とし、対応する計画のポンプステーションシステムの総運行費用を決定する。
(Appendix 7)
Finding the solution of the time-optimized section and section operation plan of the variable number and variable angle daily optimized operation of the pump station system based on the time-optimized section in step G is a complicated non-linear combination problem, and it is an improved mixture. The variable number and variable of the tide pump station system based on the time-optimized section described in Appendix 1 is characterized in that the process of calculating and finding the solution using the particle group algorithm and then calculating and finding the solution is as follows. One-day optimized operation method for angles.
(1) In step D, based on the water level change rule of the high tide twice a day and the low tide twice a day of the tide pump station, the high tide level and the low tide level adjacent to each other 24 hours a day according to the daily change rule of the lift. One time zone is determined for each range, and the day is divided into four time zones. If the plan is optimized, i.e., in step A, based on the energy consumption of the pump station system, it is decided to meet the pumping water volume requirement, the number of operating units in which the operating energy consumption of the pump station system is most saved. The combination of energy and blade angle is the optimum operation plan.
(2) The on / off status of all time zones of each time slot plan is determined, the total on / off cost of each time slot plan is accurately calculated by step E, and the pump station system based on the time optimization section proposed in step F is used. Based on the daily optimized operation mathematical model of variable number and variable angle, calculate the total operating cost of the corresponding pump station system for each time zone plan, and plan when the total operating cost of the pump station system is saved most. , The initial plan of the daily optimization operation optimization plan of the variable number and variable angle of the pump station system.
(3) The total operating cost of the pump station system of the m-type new time-division plan is calculated by updating the m-type new time-division plan by the improved mixed particle group algorithm update formula, and the m-type new plan is calculated by the above steps. If the minimum value of the total operating cost of the pump station system in the initial plan is smaller than the minimum operating cost of the pump station system in m types of new plans, the minimum value of the total operating cost of the pump station system is determined and compared with the initial plan cost. Update the optimal daily operation plan for the variable number and variable angle of the pump station system, and conversely suspend the original plan.
(4) The time interval plan is constantly updated according to the algorithm, the algorithm converges until the minimum total operating cost of the pump station system approaches a stable value, the time interval plan update iteration is stopped, and the current plan is stopped. Is the optimal daily operation plan for the variable number and variable angle of the pump station system unit, and the total operating cost of the pump station system of the corresponding plan is determined.

Claims (7)

時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行方法であって、
A:大型ポンプステーションシステムの運行における全エネルギー消費量を計算するステップと、
B:ポンプステーションの一定流量と揚程におけるポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の最適化運行計画を決定するステップと、
C:ポンプステーションの感潮側水位とポンプステーション揚程の1日の変化規則を決定するステップと、
D:ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行計画の可変運行状況における時間区画数と限界範囲を決定するステップと、
E:ポンプステーションユニットのオンオフにおける部品損失費用を定量的に計算するステップと、
F:時間最適化区画に基づくポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行数学モデルを確立するステップと、
G:時間最適化区画に基づくポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行の時間最適化区画と区画運行計画を計算して決定するステップとを含むことを特徴とする
時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行方法。
It is a one-day optimized operation method of variable number and variable angle of tidal pump station system based on time-optimized section.
A: Steps to calculate total energy consumption in the operation of a large pump station system,
B: Steps to determine the optimized operation plan for the variable number and variable angles of the pump station system at a constant flow rate and head of the pump station.
C: Steps to determine the daily change rule of the water level on the tidal side of the pump station and the head of the pump station,
D: One-day optimization of variable number of pump station systems and variable angles Steps to determine the number of time sections and limit range in the variable operation status of the operation plan,
E: A step to quantitatively calculate the cost of parts loss when turning the pump station unit on and off,
F: Steps to establish a one-day optimized operation mathematical model of variable number and variable angle pump station system based on time-optimized compartment,
G: Time optimization characterized by including a variable number of pump station systems based on a time-optimized section and a time-optimized section of a variable-angle daily-optimized operation and a step of calculating and determining a section operation plan. A day-optimized operation method for variable numbers and variable angles of tide pump station systems based on compartments.
ステップAで前記大型ポンプステーションシステムの運行における全エネルギー消費量の計算は、以下のように解を求め、
大型軸流ポンプステーションを例とすると、システムの総エネルギー消費量は、メインウォーターポンプシステムのエネルギー消費量Ppm、変圧器のエネルギー消費量ΔP、送電線システムのエネルギー消費量ΔPte及びステーション用補機システムのエネルギー消費量Pznからなり、各部分のエネルギー消費量の求解式は、それぞれ以下の通りであることを特徴とする
請求項1に記載の時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行方法。
Figure 2022509112000048
(1)
Figure 2022509112000049
(2)
Figure 2022509112000050
(3)
Figure 2022509112000051
(4)
zn=Pzn′×Q (5)
式中、ρ(単位:kg/m)は、水体密度であり、g(単位:m/s)は、重力加速度であり、Q(単位:m/s)は、ポンプステーション流量であり、H(単位:m)は、ポンプステーション装置揚程であり、ηは、ポンプ装置効率であり、ηdrは、伝動機構効率であり、ηmotは、モータ効率であり、P(単位:kW)は、変圧器の定格無負荷有効損失であり、即ち鉄損であり、kは、無効経済当量であり、電力網における変圧器の位置によって値をとり、一般的にはk=0.1kW/kvarを取り、Q(単位:kW)は、変圧器定格励磁電力であり、S(単位:kVA)は、変圧器容量であり、S(単位:kVA)は、変圧器定格容量であり、P(単位:kW)は、変圧器定格負荷有効損失であり、すなわち銅損であり、Q(単位:kW)は、変圧器定格負荷漏洩磁気電力であり、I%(単位:%)は、変圧器無負荷電流であり、U%(単位:%)は、変圧器インピーダンス電圧であり、ΔPte′(単位:kW)は、単一送電線損失であり、Ite′(単位:A)は、単一送電線電流であり、P(単位:kW)は、送電線接続設備の入力電力であり、U(単位:kV)は、当該設備の定格電圧であり、cosφは、電力要素であり、r(単位:Ω/km)は、送電線の単位長さ抵抗であり、l(単位:km)は、線路長であり、Pzn′(単位:kW/(m/s))は、単位流量あたりのステーション用補機の消費電力である。
In step A, the calculation of the total energy consumption in the operation of the large pump station system is calculated as follows.
Taking a large axial pump station as an example, the total energy consumption of the system is the energy consumption Ppm of the main water pump system, the energy consumption ΔP b of the transformer, the energy consumption ΔP te of the transmission line system and the station. The tide pump station based on the time-optimized section according to claim 1, wherein the energy consumption of the auxiliary equipment system is Pzn , and the solution formula of the energy consumption of each part is as follows. Daily optimized operation method for variable number of systems and variable angles.
Figure 2022509112000048
(1)
Figure 2022509112000049
(2)
Figure 2022509112000050
(3)
Figure 2022509112000051
(4)
P zn = P zn ′ × Q z (5)
In the equation, ρ (unit: kg / m 3 ) is the water body density, g (unit: m / s 2 ) is the gravity acceleration, and Q z (unit: m 3 / s) is the pump station flow rate. H z (unit: m) is the pump station device lift, η z is the pump device efficiency, η dr is the transmission mechanism efficiency, η mot is the motor efficiency, and P 0 . (Unit: kW) is the rated no-load effective loss of the transformer, that is, iron loss, and k is the invalid economic equivalent, which is valued according to the position of the transformer in the power network, and generally k =. Taking 0.1 kW / kvar, Q 0 (unit: kW) is the transformer rated excitation power, S (unit: kVA) is the transformer capacity, and Se (unit: kVA) is the transformer. It is the rated capacity, P f (unit: kW) is the transformer rated load effective loss, that is, the copper loss, and Q f (unit: kW) is the transformer rated load leakage magnetic power, I 0 . % (Unit:%) is the transformer no-load current, Ud % (unit:%) is the transformer impedance voltage, and ΔP te ′ (unit: kW) is the single transmission line loss. , I te '(unit: A) is the single transmission line current, P (unit: kW) is the input power of the transmission line connection equipment, and Ue (unit: kV) is the rating of the equipment. It is a voltage, cosφ is a power element, r 0 (unit: Ω / km) is a unit length resistance of a transmission line, l (unit: km) is a line length, and P zn ′ ( Unit: kW / (m 3 / s)) is the power consumption of the station auxiliary machine per unit flow rate.
ステップBで前記ポンプステーションの一定流量と揚程におけるポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の最適化運行計画の決定は、過程が以下であり、
所定の装置揚程Hで、ポンプステーション揚水流量が要求揚水流量の0~最大ユニット単機流量qmax増の範囲で各ユニットが運行されている場合、単位流量あたりのシステムエネルギー消費量
Figure 2022509112000052
(kW/(m/s))の最小を目標としてポンプステーションの揚程一定時のポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の最適化運行計画を決定し、数学モデルは、以下であり、
Figure 2022509112000053
(6)
制限条件は、下記式(7)であることを特徴とする
請求項1に記載の時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行方法。
Figure 2022509112000054
(7)
式中:ρ(単位:kg/m)は、水体密度であり、g(単位:m/s)は、重力加速度であり、Q(単位:m/s)は、第i基ポンプステーションユニットの単機流量であり、Qi,min、Qi,max(単位:m/s)は、それぞれ第i基ポンプステーションの最小、最大単機流量であり、α(単位:°)は、第i基ポンプステーションのブレード角度であり、Q(単位:m/s)は、ポンプステーションの必要揚水流量であり、αi,min、αi,max(単位:゜)は、それぞれ第i基ポンプステーションの最小、最大ブレード角度であり、Hzi(単位:m)は、第i座ポンプステーション装置揚程であり、ηziは、第i基ポンプステーション装置効率であり、ηdriは、第i基ポンプステーション伝動機構効率であり、ηmotiは、第i基ポンプステーションモータ効率であり、nは、第i基ポンプステーション稼働台数であり、Mi,maxは、第i基ポンプステーションの搭載台数であり、その値が正の整数であり、ΔPbi(単位:kW)は、第i基ポンプステーションの変圧器損失であり、ΔPtei(単位:kW)は、第i基ポンプステーションの送電システム損失であり、Pzni(単位:kW)は、第i基ポンプステーションのステーション用補機システムのエネルギー消費量であり、kは、ポンプステーションの数であり、その値が正の整数であり、
Figure 2022509112000055
は、ポンプステーションの流量である。
In step B, the process of determining the optimization operation plan for the variable number and variable angle of the pump station system at the constant flow rate and head of the pump station is as follows.
System energy consumption per unit flow rate when each unit is operated within the range of 0 to maximum unit single machine flow rate q max increase of the required pumping flow rate at the specified device head Hz .
Figure 2022509112000052
With the goal of minimizing (kW / (m 3 / s)), we decided on an optimized operation plan for the variable number of pump station systems and variable angles when the pump station lift is constant, and the mathematical model is as follows.
Figure 2022509112000053
(6)
The limiting condition is a one-day optimized operation method of a variable number and a variable angle of a tidal pump station system based on the time-optimized section according to claim 1, wherein the limiting condition is the following formula (7).
Figure 2022509112000054
(7)
In the formula: ρ (unit: kg / m 3 ) is the water body density, g (unit: m / s 2 ) is the gravity acceleration, and Q i (unit: m 3 / s) is the i-th group. The single machine flow rate of the pump station unit, Q i, min , Q i, max (unit: m 3 / s) is the minimum and maximum single machine flow rate of the i-type pump station, respectively, and α i (unit: °). Is the blade angle of the i-group pump station, Q x (unit: m 3 / s) is the required pumping flow rate of the pump station, and α i, min , α i, max (unit: °) are The minimum and maximum blade angles of the i-group pump station, respectively, H zi (unit: m) is the i-seat pump station device lift, and η zi is the i-group pump station device efficiency, η dri. Is the i-group pump station transmission mechanism efficiency, η moti is the i-group pump station motor efficiency, n i is the number of the i-group pump station in operation, and Mi and max are the i-group. The number of pump stations installed, the value of which is a positive integer, ΔP bi (unit: kW) is the transformer loss of the i-th pump station, and ΔP tei (unit: kW) is the i-th group. It is the transmission system loss of the pump station, P zni (unit: kW) is the energy consumption of the auxiliary equipment system for the station of the i-group pump station, k is the number of pump stations, and its value is positive. Is an integer of
Figure 2022509112000055
Is the flow rate of the pump station.
ステップDで前記ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行計画の可変運行状況における時間区画数と限界範囲の決定は、方法が以下であり、
揚程の1日の変化規則によって1日24時間を隣り合う高潮位と低潮位の時点を境界とし、範囲ごとに1つの時間帯を決定し、1日を4つの時間帯に分け、このとき区画が1日2回の高潮、2回の低潮に対応し、揚水体積の要求を満たした場合、ポンプステーションシステムの運行費用Fを最も節約することを目標とし、4つの時間帯区分の最適計画と、各時間帯に対応するユニット運行台数nとブレード角度αの組み合わせを決定することを特徴とする
請求項1に記載の時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行方法。
In step D, the method for determining the number of time sections and the limit range in the variable operation status of the one-day optimization operation plan of the variable number of the pump station system and the variable angle is as follows.
According to the daily change rule of the lift, 24 hours a day is set as the boundary between the adjacent high tide level and low tide level, one time zone is determined for each range, and the day is divided into four time zones. The goal is to save the operating cost F of the pump station system most when the demand for pumping volume is met by responding to high tides twice a day and low tides twice a day. 1. A variable number and a variable angle of the tide pump station system based on the time-optimized section according to claim 1, wherein the combination of the unit operating number n corresponding to each time zone and the blade angle α is determined. Daily optimized operation method.
ステップEで前記ポンプステーションユニットのオンオフにおける部品損失費用の定量的計算は、1回のオンオフにおけるユニットの主要部品の運行寿命の減少量を以下の方法で解を求め、
Figure 2022509112000056
(8)
式中、Kは、熱要素の劣化速度であり、Kは、電気要素の劣化速度であり、Kは、機械要素の機械化量速度であり、t(単位:h)は、ユニットの運行時間であり、Nは、オンオフの回数を示し、1計算周期内に時間tと共に変化し、
Figure 2022509112000057
絶縁劣化が30%になるとオーバーホールしなければならず、すなわちU%=70%になるとユニットのオーバーホールをしなければならないと仮定し、
70%=(1-K・t-K・t-K・N(t))×100%
即ち、(K+K)t+K・N(t)=30% (9)
N回、N+1回のオンオフにおけるモータ絶縁寿命は、それぞれ以下であり、
=(30%-KN)/(K+K
N+1=(30%-K(N+1))/(K+K
両式の減算によって、1回のオンオフにおけるモータの絶縁寿命短縮は、式(10)となり、
Δt=K/(K+K) (10)
式(10)で、各劣化係数を最大値、最小値でそれぞれ同時に代入して1回のオンオフにおける絶縁寿命の短縮値を算出し、続いてこの絶縁寿命の短縮値が絶縁全寿命に占める割合及び絶縁費用によって、オンオフ1回の絶縁損失の費用を算出することを特徴とする
請求項1に記載の時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行方法。
In step E, the quantitative calculation of the component loss cost when the pump station unit is turned on and off is performed by finding a solution for the amount of decrease in the operating life of the main component of the unit in one on / off method by the following method.
Figure 2022509112000056
(8)
In the formula, K T is the deterioration rate of the thermal element, K V is the deterioration rate of the electric element, K N is the mechanization rate of the mechanical element, and t (unit: h) is the deterioration rate of the unit. It is an operating time, N indicates the number of times of on / off, and changes with time t within one calculation cycle.
Figure 2022509112000057
Assuming that the insulation deterioration must be overhauled at 30%, that is, the unit must be overhauled at Ub % = 70%.
70% = (1- KT・ t-K V・ t-K N・ N (t)) × 100%
That is, ( KT + KV ) t + KNN (t) = 30% (9)
The motor insulation life for N times and N + 1 times on / off is as follows.
t N = (30% -K N N) / ( KT + K V )
t N + 1 = (30% -K N (N + 1)) / ( KT + KV )
By subtracting both equations, the shortening of the insulation life of the motor in one on / off becomes equation (10).
Δt = K N / ( KT + K V ) (10)
In equation (10), each deterioration coefficient is substituted at the maximum value and the minimum value at the same time to calculate the shortened value of the insulation life in one on / off, and then the ratio of the shortened value of the insulation life to the total life of the insulation. The variable number and variable angle of the tidal pump station system based on the time-optimized section according to claim 1, wherein the cost of the insulation loss for one on / off operation is calculated based on the insulation cost. Method.
ステップFで前記時間最適化区画に基づくポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行数学モデルは、以下であり、
Figure 2022509112000058
(11)
ここで、
Figure 2022509112000059
(12)
最適化モデル制限条件は、以下であることを特徴とする
請求項1に記載の時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行方法。
Figure 2022509112000060
(13)
式中、Ppmi,j(単位:kW)は、第j時間帯の第i基ポンプステーションのメインウォーターポンプシステムのエネルギー消費量であり、ΔPtei,j(単位:kW)は、第j時間帯の第i基ポンプステーションの送電システムの損失量であり、ΔPbi,j(単位:kW)は、第j時間帯の第i基ポンプステーションの変圧器の損失量であり、ΔPzni,j(単位:kW)は、第j時間帯の第i基ポンプステーションのステーション用補機システムのエネルギー消費量であり、ΔT(単位:h)は、第j時間帯の時間長であり、Fon_offjは、第j時間帯のオンオフ費用であり、nimaxは、第i基ポンプステーションのユニット搭載台数であり、αi,min、αi,maxは、第i基ポンプステーションユニットの最小、最大ブレード角度であり、Qi,j(単位:m/s)は、第i基ポンプステーションの第j時間帯の単機運行流量であり、Qimin、Qimax(単位:m/s)は、それぞれ第i基ポンプステーションユニットの最小、最大単機流量であり、
Figure 2022509112000061
(単位:m)は、l個の時間帯のk個のポンプステーション総揚水量であり、Tは、第j時間帯の時間区画点であり、Tmax(min)、Tmin(max)(単位:h)は、それぞれ隣り合う高(低)潮位、低(高)潮位が出現する時間であり、V(単位:m)は、ポンプステーションの1日の必要揚水量である。
The one-day optimized operation mathematical model of the variable number and variable angle of the pump station system based on the time-optimized section in step F is as follows.
Figure 2022509112000058
(11)
here,
Figure 2022509112000059
(12)
The optimization model limiting condition is a one-day optimized operation method of a variable number and a variable angle of a tidal pump station system based on the time-optimized section according to claim 1.
Figure 2022509112000060
(13)
In the equation, P pmi, j (unit: kW) is the energy consumption of the main water pump system of the i-group pump station in the j-time zone, and ΔP tei, j (unit: kW) is the j-hour. The loss amount of the transmission system of the i-group pump station in the band, ΔP bi, j (unit: kW) is the loss amount of the transformer of the i-group pump station in the j-time zone, ΔP zni, j. (Unit: kW) is the energy consumption of the station auxiliary equipment system of the i-th pump station in the jth time zone, and ΔTj (unit: h) is the time length in the jth time zone, F. on_offj is the on / off cost of the jth time zone, nimax is the number of units installed in the i-group pump station, and α i, min , α i, max are the minimum and maximum of the i-group pump station unit. The blade angle, Q i, j (unit: m 3 / s) is the single machine operating flow rate in the j time zone of the i-group pump station, and Q imin , Q imax (unit: m 3 / s) is. , The minimum and maximum single-machine flow rate of the i-group pump station unit, respectively.
Figure 2022509112000061
(Unit: m 3 ) is the total pumping amount of k pump stations in one time zone, T j is a time interval point in the jth time zone, and T max (min) and T min (max ). ) (Unit: h) is the time when the adjacent high (low) tide level and low (high) tide level appear, respectively, and V x (unit: m 3 ) is the daily required pumping amount of the pump station. ..
ステップGで時間最適化区画に基づくポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行の時間最適化区画と区画運行計画の解を求めることは、複雑な非線形組み合わせ問題であり、改良混合粒子群アルゴリズムを用いて計算して解を求め、計算して解を求める過程が以下であることを特徴とする
請求項1に記載の時間最適化区画に基づく感潮ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行方法。
(1)ステップDにより、感潮ポンプステーションの1日2回の高潮、2回の低潮の水位変化規則に基づき、揚程の1日の変化規則により1日24時間を隣り合う高潮位と低潮位の時点を境界とし、範囲ごとに1つの時間帯を決定し、1日を4つの時間帯に分け、ハルトンシーケンスを用いてランダムにm種類の時間区画計画を生成し、時間区画計画ごとの運行計画を最適化し、即ち、ステップAで前記ポンプステーションシステムのエネルギー消費量に基づいて、揚水水量の要求を満たすことを決定した場合、ポンプステーションシステムの運行エネルギー消費量が最も節約されるユニット運行台数とブレード角度の組み合わせを最適な運行計画とする。
(2)各時間区画計画の全時間帯のオンオフ状況を決定し、ステップEにより各時間区画計画のオンオフ総費用を正確に計算し、ステップFで提案した時間最適化区画に基づくポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行数学モデルに基づき、時間区画計画ごとに対応するポンプステーションシステムの総運行費用を計算し、ポンプステーションシステムの総運行費用が最も節約される際の計画を、ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適化運行最適計画の初期計画とする。
(3)改良混合粒子群アルゴリズム更新式によりm種類の新しい時間区画計画を更新し、上述のステップによりm種類の新しい時間区画計画のポンプステーションシステムの総運行費用を算出し、m種類の新しい計画におけるポンプステーションシステムの総運行費用の最小値を決定して初期計画費用と比較し、m種類の新しい計画におけるポンプステーションシステムの総運行費用の最小値が初期計画の最小システム運行費用より小さければ、ポンプステーションシステムの可変台数と可変角度の1日最適運行最適計画を更新し、逆に、元計画を保留する。
(4)アルゴリズムの規定により時間区画計画を絶えず更新し、ポンプステーションシステムの総運行費用の最小値が安定な値に近づくまでアルゴリズムが収束し、時間区画計画の更新反復を停止し、現在の計画をポンプステーションシステムユニットの可変台数と可変角度の1日最適運行最適計画とし、対応する計画のポンプステーションシステムの総運行費用を決定する。
Finding the solution of the time-optimized section and section operation plan of the variable number and variable angle daily optimized operation of the pump station system based on the time-optimized section in step G is a complicated nonlinear combination problem, and it is an improved mixture. The variable number of tide pump station systems based on the time-optimized section according to claim 1, wherein the process of calculating and finding a solution using a particle group algorithm and then calculating and finding a solution is as follows. Variable angle daily optimized operation method.
(1) In step D, based on the water level change rule of the high tide twice a day and the low tide twice a day of the tide pump station, the high tide level and the low tide level adjacent to each other 24 hours a day according to the daily change rule of the lift. One time zone is determined for each range, and the day is divided into four time zones. If the plan is optimized, i.e., in step A, based on the energy consumption of the pump station system, it is decided to meet the pumping water volume requirement, the number of operating units in which the operating energy consumption of the pump station system is most saved. The combination of energy and blade angle is the optimum operation plan.
(2) The on / off status of all time zones of each time slot plan is determined, the total on / off cost of each time slot plan is accurately calculated by step E, and the pump station system based on the time optimization section proposed in step F is used. Based on the daily optimized operation mathematical model of variable number and variable angle, calculate the total operating cost of the corresponding pump station system for each time zone plan, and plan when the total operating cost of the pump station system is saved most. , The initial plan of the daily optimization operation optimization plan of the variable number and variable angle of the pump station system.
(3) The total operating cost of the pump station system of the m-type new time-division plan is calculated by updating the m-type new time-division plan by the improved mixed particle group algorithm update formula, and the m-type new plan is calculated by the above steps. If the minimum value of the total operating cost of the pump station system in the initial plan is smaller than the minimum operating cost of the pump station system in m types of new plans, the minimum value of the total operating cost of the pump station system is determined and compared with the initial plan cost. Update the optimal daily operation plan for the variable number and variable angle of the pump station system, and conversely suspend the original plan.
(4) The time interval plan is constantly updated according to the algorithm, the algorithm converges until the minimum total operating cost of the pump station system approaches a stable value, the time interval plan update iteration is stopped, and the current plan is stopped. Is the optimal daily operation plan for the variable number and variable angle of the pump station system unit, and the total operating cost of the pump station system of the corresponding plan is determined.
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