优调度运行，实现最低耗能

调度运行的主要任务是对一个确定的排灌对象，在已成的排灌系统和工程设施条件下，为适应各种降雨排水或抗旱灌水与内外水位变化等许多随机的过程，寻求一个全系统在全年（或多年）耗能最少和运行费用最少的方案，这是一个动态规划问题，其数学模型是一个泛函求极值，即变分问题[23]。泛函求极值的必要条件是欧拉方程有解。值得注意的是采用连续函数求解泛函极值，与实际存在的大量离散函数情况不相符合，且非线性函数整数化也感到很困难，因此，实际工程中往往采用动态规划法求解动态最优化数学模型。

在实际运行中，大量出现的降雨和水位工况小于设计工况，除涝设施的能力有一定的裕度，从而有一个重新寻优安排问题，如优化涝水量分配和优化叶片安放角及组合等；其次规划设计所采用的典型工况和许多随机变量的简化处理，要求实际运行中不断调整（协调）运行工况，以满足系统整体最优目标，如优化排涝上水位与排涝下水位等。

现以如图2-5所示具有两个排水去向，多种排灌设施联合运用的排涝系统为例，阐述寻求耗能最少的途径和方法。

图2-5中字符意义为Q01（t）、Q02（t）、Q03（t）与Q04（t）分别表示甲河控制的集雨面积总来水流量、排涝区降雨总径流量、蓄水湖泊进出流量与甲河上节制闸泄流量的过程函数；q1s（H1s，t）、q1k（H1k，t）、q2s（H2s，t）与q2k（H2k，t）分别表示通向甲河的泵站和涵闸，通向乙河的泵站和涵闸的排水流量过程函数；qd（Hd，t）与qr（Hr，t）分别表示小水电站发电过水与电灌站提水的总流量过程函数。

图2-5　排涝系统概化图

为了使图2-5概化模型求解方便和有实际应用价值，首先将概化物理模型进行分解如图2-6所示。对第1部分（第1子系统）建立一个二维非线性数学模型，用以求解降雨涝水在各排涝设施之间的合理分配。对第2部分（第2子系统）建立一个动态规划数学模型，求解甲河合理水位过程。然后在两子系统之间进行时空反复协调，即以第1子系统优化分配的q1s与q1k，参与第2子系统优调甲河水位过程计算；再以优化出的甲河水位（Z1t）作为边界条件参与第1子系统优化分配计算，如此多次迭代，直至每一时段q1s、q1k与Z1稳定为止。

图2-6　概化模型分解图

图2-7　协调求解程序块结构框图(www.xing528.com)

协调求解各程序块之间关系如图2-7所示。

在时间上把全年划分为雨季、交替季、旱季和冬（枯）季，以便于对数学模型中的参数区别不同季节给予不同的值，然后对每次暴雨进行优化，再通过求解两次连续降雨优调之间的最优衔接水位办法，实现各次降雨优调结果按时序相加，从而获得全年耗能最少的优调方案。

现就以下四个问题的具体处理办法介绍如下。