淺析動態(tài)規(guī)劃法在泵站運行管理中的應用

蘇暢

摘 要 本文通過論述動態(tài)規(guī)劃法用于泵站管理的內(nèi)涵意義，指出在泵站運行管理中，技術(shù)人員要利用動態(tài)規(guī)劃法建立機組優(yōu)化運行的動態(tài)規(guī)劃數(shù)學模型，對于模型變量進行階段選擇。同時利用動態(tài)規(guī)劃法對目標函數(shù)進行確定，選擇抽取單位水量的耗能作為最小量為評價指標，最終實現(xiàn)對泵站機組功能的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞 動態(tài)規(guī)劃法;泵站運行;應用

隨著我國基礎建設速度的加快，灌區(qū)泵站的建設與管理也上升到了一個新的高度，加強泵站的運行管理，對于提升建筑建設質(zhì)量，降低能耗有著非常重要的作用。從概念意義上來講，泵站是指能夠提供一定壓力和流量的液壓動力和氣壓動力的裝置和工程。按照分類來講，主要有污水泵站、雨水泵站和河水泵站，油箱、電機、泵及相關(guān)的房屋是泵站基本組成。動態(tài)規(guī)劃是指一個決策序列是在變化的狀態(tài)中產(chǎn)生的，多階段最優(yōu)化解決問題的過程就是動態(tài)規(guī)劃發(fā)揮作用的過程。本文將通過論述動態(tài)規(guī)劃法用于對于泵站運行管理的內(nèi)涵意義，指出動態(tài)規(guī)劃法在泵站運行管理中的應用策略，希望對泵站管理提供借鑒。

1動態(tài)規(guī)劃法用于泵站管理的內(nèi)涵意義

動態(tài)規(guī)劃法算法與分治法的原理相似，基本思想是將要求解的問題分解成若干個小問題，先對小問題進行求解，然后從整體上依靠子問題得到原問題的解。動態(tài)規(guī)劃法從具體的問題出發(fā)，用管理者的實際經(jīng)驗建立數(shù)學模型，不管子問題以后是否會被運用到，都能將其結(jié)果填入相應的算法規(guī)則中，便于以后統(tǒng)計分析。動態(tài)規(guī)劃法將靜態(tài)問題動態(tài)化，可以讓管理問題變得簡化，減少工作量。動態(tài)規(guī)劃法用于泵站運行管理中可以優(yōu)化多級泵站調(diào)度管理，提升站內(nèi)機組運行組合的效率，同時可以精確化的計算葉片安裝角度，強化泵站實際運行質(zhì)量[1]。

2動態(tài)規(guī)劃法用于泵站運行管理中的方法

2.1 建立機組優(yōu)化運行的動態(tài)規(guī)劃數(shù)學模型

灌區(qū)泵站采用的機泵型號通常不同，在同樣的揚程要求下，如果機泵的組合不同，水泵的流量、功率及效率等也會不同，不管采用何種機泵運行組合，都必須以經(jīng)濟安全為前提。運用規(guī)劃法對各種機泵進行組合管理，可以達到經(jīng)濟運行的目的。在具體的應用中，首先要建立動態(tài)規(guī)劃模型，體現(xiàn)“最優(yōu)化原理”，描述為：機泵組合的多階段最優(yōu)策略，需要體現(xiàn)出每個階段的最佳參數(shù)組合，不管初次選定的組合參數(shù)如何，對于前面決策產(chǎn)生的狀態(tài)來講，各階段的決策必須構(gòu)成最優(yōu)策略。因此在建立數(shù)學模型時，需要將水泵規(guī)模、流量、管道效率、水泵效率等進行綜合考慮，觀察單一變量對機泵組合的影響[2]。

2.2 泵站管理中各種變量的選擇

泵站運行管理中涉及的變量主要有階段變量、狀態(tài)變量和決策變量三種。數(shù)學模型的建立是基于三種變量的變化而不斷得到優(yōu)化的：①階段變量組成整個泵站運行管理的各時段單元，在調(diào)度管理中，各時段內(nèi)的事件依從發(fā)生，這個階段產(chǎn)生的變量就是階段性變量n，泵站管理每個階段都要做出相關(guān)的決策，這就是策略;動態(tài)規(guī)劃對于階段變量有時間和空間的影響，按照變量發(fā)生的時間段不同，劃分為n=1為初始階段變量，n=N為終止階段變量。泵站在運行管理中，要及時對不同時間發(fā)生的變量情況進行統(tǒng)計，制定出變量管理策略，幫助機泵運行的高效性。②泵站管理中的狀態(tài)變量主要用于多階段決策中各時段所處事件的演變，在泵站運行管理中，可以采用直接或間接的手段獲得狀態(tài)變量值，對于泵站的運行過程進行說明，用狀態(tài)變量Sn來描述過程演變可能發(fā)生的狀態(tài)以及情況。③決策變量是泵站運行管理的關(guān)鍵變量，在任一階段n中，當給出運行管理的初始狀態(tài)Sn-1后，任何一個決策dn都會得到不同階段的末狀態(tài)，由于決策決定著泵站運行管理的演變，必須從最佳泵組合中采用最佳的決策。

2.3 動態(tài)規(guī)劃法用于機泵運行目標函數(shù)的確定

動態(tài)規(guī)劃法用于泵站運行管理中，在確定完成機泵運行功率后，就需要對目標函數(shù)進行確定。在管理運行系統(tǒng)中，衡量優(yōu)化效果的準則有很多，可以以凈效率或者灌溉面積最大為目標，也可以根據(jù)泵站節(jié)能降耗要求，以投資和運行費用最小為原則。很多泵站的機組葉片不能隨便調(diào)節(jié)，導致流量之和與實際灌溉要求的流量不能吻合，泵站的棄水量和渠道的損失水量都反應在了泵站的抽水費用上，因此動態(tài)規(guī)劃法用于目標函數(shù)的確定上，可以選擇抽取單位水量的耗能最小量為評價指標，涉及參數(shù)包括e-抽取單位水量耗能、k-泵站實際開機臺數(shù)、Hi-第i臺水泵的工作揚程等[3]。

2.4 動態(tài)規(guī)劃法用于機組運行數(shù)學模型的計算

泵站內(nèi)管道分布往往具有空間特征，可以在運行管理中，將管道分為一系列階段，設一定的干管數(shù)量，將階段變量、狀態(tài)變量以及決策變量用于泵站管理各階段的模型計算中，從而規(guī)劃出泵站管道系列化系統(tǒng)圖，這對于優(yōu)化泵站管道運行管理具有非常大的作用。動態(tài)規(guī)劃法除了用于機組運行模型計算外，也可以利用泵站管理人員的實際經(jīng)驗，對影響機泵運行的各個約束項制定約束條件，比如邊界約束、狀態(tài)約束、決策約束以及流量約束等，讓最終計算得到的機組模型總流量與實際灌溉總流量相吻合，達到節(jié)能節(jié)水的目的，滿足灌區(qū)的要求。因此，動態(tài)規(guī)劃法是一種采用數(shù)學模型的方法，解決泵站長期運行管理中出現(xiàn)的機泵組合效率下降的方法，通過創(chuàng)設不同的子系統(tǒng)，最終實現(xiàn)泵站機組高效率運行[4]。

3結(jié)束語

綜上所述，泵站是我國水利工程的重要組成部分，合理的泵站運行管理可以提升機泵組合的運行功率，減少不必要的能源浪費。動態(tài)規(guī)劃法是一種高效的泵站運行管理方式，主要用于機泵組合的優(yōu)化控制，在實際運用中，一般是首先選擇階段性的變量，通過變量設置，讓整體決策到達最優(yōu)化狀態(tài)，同時也能對目標函數(shù)進行控制，選擇最合適的單位水量值。因此，在泵站運行管理中，泵站技術(shù)人員要本著動態(tài)規(guī)劃法的原則，實時對機泵組合進行優(yōu)化控制，滿足灌區(qū)灌溉需求。

參考文獻

[1] 宋萬奇.基于動態(tài)規(guī)劃法的泵站優(yōu)化運行研究[J].黑龍江水利科技，2018，46（3）：11-15.

[2] 柳富明.基于動態(tài)規(guī)劃法的原油長輸管道最優(yōu)化設計[J].管道技術(shù)與設備，2018，151（3）：9-15.

[3] 江磊，專祥濤.泵站多機組變頻變速調(diào)節(jié)運行優(yōu)化研究[J].人民長江，2018，49（18）：97-102.

[4] 黃秋歌，周皞，孫昊，等.基于動態(tài)規(guī)劃法的宿遷地區(qū)灌溉管道經(jīng)濟流速研究[J].水利與建筑工程學報，2019，21（4）：254-259.