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配水ポンプ施設のエネルギー特性のモデル化と水運用計画立案での活用

机译:配水泵设施的能源特性建模及其在水运行计划中的利用

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摘要

消費エネルギーを低減する水運用計画の立案には、ポンプの消費エネルギーを精緻に評価するとともに、実時間での計画立案に適した消費エネルギー推定モデルが必要となる。本論文では配水ポンプ施設を対象に、配水流量から消費電力を求めるモデルの凸区分線形関数での近似を試みた。赤池情報量基準を用いて実運転データにフィットするモデルを構築し精度を評価した。配水系でのシミュレーシヨンにて、本モデルを活用した計画立案手法は、消費電力をラフに考慮する従来法に比べて消費エネルギーを1〜3%低減した。また短時間(約1秒)で計画立案できることを確認した。合わせてポンプ特性と制御則に基づく高精度なモデルも提案し比較を行った。%Scheduling of water distribution by optimization methods is effective in saving energy consumption of pumps. It requires models of pump stations which can accurately estimate nonlinear power characteristics. In addition, it should be considered that the optimization problem based on the power models can be solved by an efficient algorithm in order to apply the scheduling process into daily operations. This paper proposes two approaches. In the first approach, the more accurate nonlinear model is constructed from the hydraulic and efficiency curves of pumps and the control logic of the pump station. In the second approach, the convex piecewise linear model is constructed by fitting directly to the measurements, and its number of parameters is determined using the Akaike information criteria. Both approaches were applied to the actual data of a distribution pump station. The mean absolute errors of the constructed models were less than 4%, and the both models were suited for use in water distribution scheduling. In a simulation study, the optimal scheduling methods using the constructed models reduced pump energy consumption by 1-3% compared with a conventional method without explicit power characteristics model. Especially, the scheduling method with the convex piecewise linear model, which was modeled as a linear programming program, computed optimal scheduling in about a second, and so it is expected to be applied to larger scale distribution systems in a reasonable computation time. In conclusion, it is suggested that the proposed models are effectively applied to water distribution scheduling.
机译:为了制定减少能耗的水运行计划,必须精确评估泵的能耗,并使用适合实时计划的能耗估算模型。在本文中,我们尝试使用凸分段线性函数来近似分配泵设施的模型,以从分配流量中获得功耗。使用Akaike信息准则,我们构建了一个适合实际操作数据的模型并评估了准确性。在水分配系统的仿真中,与粗略考虑能耗的传统方法相比,使用该模型的规划方法可将能耗降低1-3%。还确认可以在短时间内(约1秒)创建计划。此外,还提出并比较了基于泵特性和控制规律的高精度模型。通过优化方法对水分配进行调度可以有效地节省泵的能耗,它需要能够精确估计非线性功率特性的泵站模型,此外还应考虑可以解决基于功率模型的优化问题本文提出了两种方法:第一种方法是通过高效的算法,根据泵的水力和效率曲线以及泵站的控制逻辑,构建更精确的非线性模型,以便将调度过程应用于日常操作中。在第二种方法中,通过直接拟合测量值来构造凸分段线性模型,并使用Akaike信息准则确定其参数数量,这两种方法均用于配电泵站的实际数据,平均绝对误差建造的模型中少于4%,并且两种模型都适合用于水在仿真研究中,与没有显式功率特性模型的常规方法相比,使用所构建模型的最优调度方法将泵的能耗降低了1-3%,尤其是采用凸分段线性模型的调度方法。以线性规划程序为模型,在大约一秒钟的时间内计算出最优调度,因此有望在合理的计算时间内将其应​​用到大型配电系统中。总之,建议将所提出的模型有效地应用于水分配计划。

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