基于改进粒子群算法的城市供水系统优化研究

【摘要】：城市供水系统是保障城市工业生产和居民日常生活的重要基础设施,当前,由于城市供水系统主要是依靠人工经验进行调度的,供水企业管理水平较落后,城市供水系统设计不完善,使得供水过程中造成不必要的能源浪费,增加了供水企业的供水成本。在满足城市供水要求的条件下,尽可能减少企业的供水成本,实现供水优化,以获得经济价值和社会价值的最大化。因此,对城市供水系统的优化将是整个供水行业的重点研究方向。粒子群优化算法是处理函数优化问题的一种有效智能算法,该算法具有初始化不需要设置过多参数,概念简单易懂,操作方便易行的特点,因而受到广大研究者的青睐。尽管粒子群算法被学者提出以来有了很大发展,但也存在着一些自身缺陷,需要进一步改进和完善粒子群优化算法的优化性能,而大部分都是在标准粒子群优化算法的基础上进行收敛时间和跳出局部最优方面进行相关的改进工作。本文对粒子群优化算法主要做了权重自适应动态非线性调整、学习因子线性递增、引入罚函数等方面的改进工作,并将改进后粒子群优化算法应用于西南某市实际供水系统优化案例。根据实际供水的需要建立比例时段宏观模型,以供水过程中企业的电能消耗成本作为优化目标函数,优化计算时引入罚项,经过构造新函数——罚函数,有效地将约束型最值优化问题转化为无约束型最值优化问题,大大简化了问题的复杂性。本文对西南某市实际供水优化调度案例进行研究,并借助改进后粒子群算法优化工具对供水电耗费用目标函数进行计算处理,实现一天6个时段内两座水厂向城市供水的水量、水压合理分配,并对该市水厂优化前与优化后的供水变化进行了分析,从而达到节省供水企业运行成本的目的。该研究方法不仅为供水企业优化调度运行提供相应依据,也可以为类似城市供水系统优化调度提供参考。