复杂给水管网系统建模、校核及模糊优化调度研究

摘要

城市给水管网系统是由泵站、地下管网及用户构成的复杂系统。复杂性主要体现在节点流量的随机性、节点压力和管段流量的随机性、管道阻力系数的渐变性、管网连接的复杂性、管网实际运行工况的复杂性等方面。如何在满足用户用水需求的前提下，应用现代控制技术，对给水管网系统进行优化调度，使其经济、合理、可靠地运行，是当前国内外给水行业亟待解决的研究课题。本文在搜集大量国内外相关研究资料及参与管网系统建模、模型校核及优化调度实践的基础上，对复杂城市给水管网系统建模、模型校核及优化调度问题进行了深入的研究。应用随机过程理论，通过对大量的用户用水量实测数据进行分析，本文提出了用户用水量变化过程是一个非平稳随机过程及用该过程的均值函数来描述用户用水量变化规律更接近实际的新观点。给出了应用随机过程理论模拟用户用水量变化规律曲线的方法及应用实例。　　管网微观模型校核的基本思想是：首先比较模型计算结果与现场实测结果之间的差异，分析出现差异的原因，采用某种方法对模型进行修正，以减小差异，直到模型计算结果与现场实测结果之间的差异在允许的误差范围之内。通过对管网微观模型校核问题的深入研究，提出了导致计算结果与现场实测结果之间产生差异的主要因素。详细分析了模型校核标准以及模型校核方法。从工程应用的角度出发，提出了测点数给定、无精度要求条件下的测点优化布置的计算方法，同时指出，理论计算结果还需按实践中的测点布置原则进行适当的调整，才能形成最终的优化布置方案。　　建立了多种形式的传统给水管网系统优化调度模型：包括显式优化调度模型、隐式优化调度模型(不含变速泵)及隐式优化调度模型(含变速泵)。　　知识(或规则)的表达、知识的获取及知识库的建立是模糊优化调度系统设计的核心问题。本文提出了给水管网系统知识表达的三个层次(语言层、逻辑层、执行层)。结合给水管网系统提出了四种知识来源及四种相应的获取知识的方法。决策树方法是获取知识提取调度规则的重要方法之一，本文给出了应用此方法获取知识提取调度规则的实例。提出了应用管网微观模型仿真来建立管网压力控制点与泵站的相关关系、各泵站之间替代关系的方法及计算实例。结合某城市给水管网系统建立了以逻辑级知识表达语言表达的知识库，并进行了基于该城市管网微观模型的模糊优化调度仿真研究。仿真结果表明，给水管网系统模糊优化调度方法是实用有效的。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1概述

1.2本课题研究的目的和意义

1.3国内外的研究现状及分析

1.4本课题研究的主要内容

第2章给水管网系统分析及建模

2.1概述

2.2给水管网系统的复杂性

2.3给水管网系统建模

2.4管网微观模型建模

2.4.1用水量变化规律的模拟

2.4.2节点流量的模拟

2.4.3管道阻力的模拟

2.4.4其它测试

2.4.5管网平差计算

2.5管网宏观模型建模

2.6影响模型描述准确性的因素分析

2.7本章小结

第3章给水管网系统微观模型校核

3.1概述

3.2模拟计算结果与现场实测结果产生差异的主要因素

3.3管网模型校核中所需的现场测定

3.4管网模型校核标准

3.5管网模型校核方法

3.5.1灵敏度分析法

3.5.2解析方法

3.5.3求解管网非线性方程法

3.5.4最优化方法

3.6测压点的优化布置

3.6.1给定测压点位置时测点所示区域的确定

3.6.2给定测压点所示区域时测点位置的确定

3.6.3测点数给定时初始测点的布置

3.6.4测点数给定时测点的优化布置

3.6.5给定精度时测点的优化布置

3.6.6测压点布置应遵循的原则

3.6.7应用实例

3.7离线式、超低功耗、智能管网参数数据采集分时记录系统

3.7.1概述

3.7.2压力、水量分时记录仪的主要技术指标

3.7.3系统的实际应用步骤

3.7.4采集仪的超低功耗设计

3.8本章小结

第4章给水管网系统模糊优化调度

4.1概述

4.2优化调度模型的形式

4.3给水管网系统优化调度模型的建立

4.3.1显式优化调度模型的建立

4.3.2隐式优化调度模型的建立

4.4管网优化调度模型的求解方法

4.4.1显式优化调度模型的求解方法

4.4.2隐式优化调度模型的求解方法

4.5传统的优化调度模型中隐含的问题

4.5.1影响传统优化调度模型实际应用的主要因素

4.5.2给水管网系统实用优化调度问题的提出

4.6给水管网系统模糊优化调度

4.6.1概述

4.6.2给水管网模糊优化调度系统结构

4.6.3模糊优化调度模块的解耦

4.6.4给水管网系统语言变量和语言值的确定

4.6.5给水管网系统变量语言值隶属函数的确定

4.6.6管网模糊优化调度系统规范的规则形式及典型规则库

4.6.7复合规则的分解

4.6.8管网模糊优化调度系统模糊规则的聚合

4.6.9管网模糊优化调度系统模糊推理及模糊决策方法

4.7本章小结

第5章给水管网系统模糊优化调度规则库的建立及系统仿真

5.1概述

5.2经典逻辑

5.2.1经典谓词逻辑

5.2.2演绎推断

5.2.3经典逻辑表达知识(逻辑级)的句法和语义

5.3模糊逻辑

5.3.1模糊命题逻辑

5.3.2近似推理

5.4知识获取

5.4.1概述

5.4.2知识获取方法

5.4.3访问专家

5.4.4由微观模型仿真来获取知识

5.5知识的表达与规则编码

5.5.1词汇选择

5.5.2规则编码

5.6给水管网系统模糊优化调度仿真实例

5.6.1天津市给水管网系统经验调度仿真

5.6.2天津市给水管网系统模糊优化调度仿真

5.6.3天津市给水管网系统模糊优化调度与经验调度仿真结果分析

5.7本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明及哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致谢

个人简历