给水管网的能量需求建模及其节能研究
汤春艳，等
给水管网的能量需求建模及其节能研究 Research on Modeling of Water SupplyPipelineNetwork for Meeting Energy Demands and Energy Conservation
汤春艳
陈红勋？朱兵？
（上海大学机电工程与自动化学院，上海200072;上海大学应用数学和力学研究所"，上海200072）
摘要：为了实现给水管网系统能量的供需平衡，对管网建模进行了研究。针对目前大多数给水系统更适合建立宏观模型的特点，提出了为给水系统建立具有较好精度的输人与输出非线性关系的神经网络宏观模型的方案。在某给水系统中的应用结果表明，该方案的实
施能够获得较大的节能空间，为给水系统的能量供给提供节能依据。该建模方法具有普适性，可将其推广应用到其他给水系统。关键调：供需平衡神经网络Matlab仿真节能优化运行
中图分类号：TP183
文献标志码：A
Abstract: In order to achieve the balance of supply and demand of energy for water supply pipeline network, the modeling of the pipeline net: work has been researched. In accordance with the feature that most of the water supply systems are suitable for macroscopic modeling, the strat egy of neural network macroscopic model for establishing more accurate nonlinear relationship between input and output is proposed. The appli-cable result in certain water supply system indicates that this strategy offers bigger energy saving space and provides foundation of energy conser vation. This method of modeling also features generalization to other water supply systems.
Keywords: Balance of supply and demand Neural network Matlab simulationEnergy savingOptimiaed operation
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引言
据资料统计，我国送水泵站每年可节约电耗6%~ 12%，按此推算，全国大中城市的给水管网系统若实现优化运行，则年节电可达亿度以上"。因此，节约能源的意义重大。
从能量转换的观点出发，用户用水量需求与实际供水量的平衡是节能降耗的基础。供过于求会浪费电耗，供不应求则威胁到用户用水安全。因此，需要建立相应模型来分析系统的能量需求。现有的能量需求管网模型有微观模型和宏观模型两种[2]。
针对目前大多数给水系统更适合建立宏观模型的特点，提出了为给水系统建立具有较好精度的输入与输出非线性关系的神经网络宏观模型的方案。为了验证这种方案的节能效果，将给水管网的能量需求建模应用于某给水系统中，从而为给水系统的能量供给提供了节能依据。
上海市重点学科建设资助项目（编号：Y0103）：
上海市科学技术委贾会科技攻关项目编号：071612042)。修政揭枚到目期：200908-03。
第一作者荡券稳，女，1983年生，现为上海大学控制理论与控制工程专业在读项士研究生；主要从事给水系航的节能技术研究、龄水管网优化调度及水暴的自动控制。
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万方数据
1宏观模型的选择 1.1建模的原因
理论上，给水管网基本方程组全面反映了管网的工作情况，但实际运用中却遇到了许多问题。这主要是由以下几个原因造成的(3)。
①给水管网基本方程组是一个高阶非线性方程组，对大型管网而言，其方程组可能达到数千阶。因此，其求解过程相当复杂，需要占用较多内存和计算时间，并且在某些情况下，其收敛性可能较差。
②给水管网动静态信息中有许多难以确定的模糊因素，其中主要有用水量及其变化规律、管段粗糙系数等。
③还有许多因素从表面上看是静态的、确定的，
其实也是动态的、不确定的或模糊的。 1.2
建模的方法
为了避免多次反复求解高阶方程组，提出了下列建模方法。
①管网微观建模：按管网实际情况，包括管网所有元素（如管段、阀门、水泵等），不作任何简化所建立的模型，称为微观模型。其明显的优点是直接应用完整详细的管网信息数据库资料，包括管网的全部信息建模。具体求解法包括有解节点方程、环方程和管段方程。通
PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION VoL 31 No.3 March 2010