城市排水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化控制.pdf

1、在現(xiàn)代城市中，大量的工業(yè)廢水、生活污水和降雨產(chǎn)生的徑流都需經(jīng)過城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)送處理，以保障除澇安全和避免污水溢流污染。但是，受到水泵排水能力、排水管道儲(chǔ)水能力等因素的影響，當(dāng)排水量突增或發(fā)生強(qiáng)降雨情況時(shí)，排水系統(tǒng)易發(fā)生污水溢流，造成水體環(huán)境污染并影響人類健康。城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)是存在流量不確定性、非線性和時(shí)滯特性的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。由于工業(yè)廢水、生活污水和降雨均有很強(qiáng)的不確定性，排水水泵的控制往往偏于保守，造成系統(tǒng)能耗較高。因而研究城市排水管

2、網(wǎng)優(yōu)化控制策略具有節(jié)能降耗及城市環(huán)保雙重意義。
　　本文針對上述背景，研究城市排水系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制，包括基于水泵非線性特性的不同優(yōu)化控制策略以及城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)中泵站位置的選取，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)測控制仿真。本文具體工作如下：
　　(1)在城市排水系統(tǒng)建模的基礎(chǔ)上，建立水泵工作特性模型，提出基于水泵非線性特性的城市排水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化算法。該算法利用水泵非線性特性模型計(jì)算水泵工作狀態(tài)及系統(tǒng)能耗，采用預(yù)測控制算法對系統(tǒng)進(jìn)行集中優(yōu)

3、化控制。通過與采用傳統(tǒng)控制算法的管網(wǎng)系統(tǒng)排水過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真對比，表明基于水泵非線性特性的優(yōu)化算法相比于傳統(tǒng)優(yōu)化算法有望更好地避免排水系統(tǒng)發(fā)生溢流并降低系統(tǒng)能耗。
　　(2)采用部分分散預(yù)測控制對排水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化控制，在保證排水系統(tǒng)不發(fā)生溢流且耗能較低的基礎(chǔ)上，降低算法的求解復(fù)雜度。針對具體案例進(jìn)行MATLAB仿真，并與集中控制算法對比分析。由仿真結(jié)果可見，采用分散控制策略的排水系統(tǒng)求解優(yōu)化問題的仿真時(shí)間明顯降低，并且水泵的工