本發(fā)明涉及供水管網(wǎng)隔離閥安裝管理，特別涉及一種多目標(biāo)隔離閥位置優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)供水管網(wǎng)發(fā)生突發(fā)故障情況時(shí)，關(guān)閉故障區(qū)域的隔離閥是首要任務(wù)。因此，基于此項(xiàng)任務(wù)，隔離閥的位置確定尤為重要。合理地確定隔離閥位置不僅能夠最快地實(shí)現(xiàn)隔離任務(wù)，而且還能夠?qū)⒐收辖o管網(wǎng)帶來(lái)的負(fù)面影響最小化。傳統(tǒng)的隔離閥優(yōu)化大多以單一管道故障下的可靠性最大化為目標(biāo)來(lái)優(yōu)化隔離閥布局，但這種布局顯然無(wú)法適應(yīng)地震引起的多管道失效的情景。此外，傳統(tǒng)的隔離閥布置往往依賴于工程經(jīng)驗(yàn)，部分隔離閥分布不合理，導(dǎo)致事故隔離子區(qū)隔離閥數(shù)量偏多，關(guān)閥操作耗時(shí)較長(zhǎng)，隔離停水范圍大，嚴(yán)重影響管網(wǎng)水力性能。因此，如何對(duì)閥門的優(yōu)化布置，提高供水管網(wǎng)應(yīng)對(duì)爆管事故的響應(yīng)能力，將爆管隔離的影響降到最低是當(dāng)前需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的旨在至少解決所述技術(shù)缺陷之一。

2、為此，本發(fā)明的目的在于提出一種多目標(biāo)隔離閥位置優(yōu)化方法，以解決背景技術(shù)中所提到的問(wèn)題，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。

3、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種多目標(biāo)隔離閥位置優(yōu)化方法，包括如下步驟：

4、步驟s1，利用管道水力分級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)管網(wǎng)管道進(jìn)行水力分級(jí)，劃分出輸水管道和配水管道，包括：對(duì)各個(gè)水力分級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，計(jì)算各個(gè)水力分級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，對(duì)各個(gè)水力分級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算每個(gè)管道的重要度；然后利用箱線圖法確定出數(shù)據(jù)中的異常值，該異常值對(duì)應(yīng)的管道即為輸水管道，其余管道為配水管道；

5、步驟s2，在輸水管道上按照工程規(guī)則在管道兩端均安裝閥門；

6、步驟s3，對(duì)配水管道采用隨機(jī)優(yōu)化方法確定閥門位置以安裝閥門，包括：建立多目標(biāo)優(yōu)化模型，所述多目標(biāo)優(yōu)化模型包括：可靠性模型、韌性評(píng)價(jià)模型和閥門成本模型，以所述可靠性模型、韌性評(píng)價(jià)模型和閥門成本模型作為目標(biāo)函數(shù)，以隔離子區(qū)周圍的閥門數(shù)量為所述多目標(biāo)優(yōu)化模型的約束條件，對(duì)管網(wǎng)中配水管道上的閥門布局進(jìn)行優(yōu)化；

7、步驟s4，獲取多目標(biāo)優(yōu)化模型優(yōu)化后的帕累托解集，所述帕累托解集包括多個(gè)閥門布局方案，對(duì)每個(gè)所述閥門布局方案進(jìn)行可靠性和韌性的水力評(píng)價(jià)以及閥門成本的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，通過(guò)多標(biāo)準(zhǔn)決策確定最終閥門放置方案，包括：將可靠性模型、韌性評(píng)價(jià)模型和閥門成本模型對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)分別通過(guò)歸一化處理并設(shè)置不同的權(quán)重系數(shù)，最終計(jì)算各個(gè)閥門布局方案的值，選擇值最低的方案作為最終閥門布置方案。

8、由上述任一方案優(yōu)選的是，在所述步驟s1中，所述管道水力分級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：隔離重要性psi、管道對(duì)其下游管道的貢獻(xiàn)率、流速變化水錘效應(yīng)和邊介數(shù)中心性。

9、由上述任一方案優(yōu)選的是，在所述步驟s1中，所述計(jì)算各個(gè)水力分級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重為：

10、

11、其中，其中，wahp為采用層次分析法確定的指標(biāo)權(quán)重，w熵值法是采用熵權(quán)法確定的指標(biāo)權(quán)重。

12、由上述任一方案優(yōu)選的是，在所述步驟s1之前，還包括以下步驟：

13、步驟s0，構(gòu)建隔離閥-隔離子區(qū)對(duì)偶圖，包括：

14、(1)查找實(shí)際閥門附近的用水節(jié)點(diǎn)，在管網(wǎng)模型相應(yīng)用水節(jié)點(diǎn)處添加虛節(jié)點(diǎn)，用水節(jié)點(diǎn)與虛節(jié)點(diǎn)間添加短管道代表隔離閥，管道屬性與原管道相同；通過(guò)將所述短管道設(shè)置為開啟或者關(guān)閉來(lái)模擬隔離閥在正常工況下的開啟狀態(tài)或故障時(shí)的關(guān)閉隔離狀態(tài)；所述短管道集合為候選隔離閥集合；

15、(2)構(gòu)建管網(wǎng)鄰接矩陣，其中，所述管網(wǎng)鄰接矩陣包括隔離閥；

16、(3)將隔離閥從所述管網(wǎng)鄰接矩陣中刪除，識(shí)別連通子圖，即為對(duì)應(yīng)的隔離子區(qū)；

17、(4)對(duì)于添加的隔離閥，搜索其兩端節(jié)點(diǎn)所在的連通子圖，如果在兩個(gè)不同的連通子圖內(nèi)，則該閥門為真實(shí)隔離閥；如果兩端節(jié)點(diǎn)在同一個(gè)連通子圖內(nèi)，則該隔離閥為冗余閥門，將其從候選隔離閥集中刪除；

18、(5)將隔離子區(qū)設(shè)為隔離子區(qū)-閥門圖的點(diǎn)，隔離子區(qū)之間的隔離閥設(shè)為隔離子區(qū)-閥門圖的邊，以此建立隔離子區(qū)-閥門圖。

19、由上述任一方案優(yōu)選的是，對(duì)于所述冗余閥門在后續(xù)水力分析時(shí)將其設(shè)為開啟狀態(tài)。

20、由上述任一方案優(yōu)選的是，所述可靠性模型為：

21、

22、其中，relloss為所有區(qū)域隔離期間用戶總共的缺水量；pij為第i個(gè)區(qū)域內(nèi)第j根管道的失效概率；tij為第i個(gè)區(qū)域內(nèi)第j根管道所需要的維修時(shí)間；m為第i個(gè)區(qū)域內(nèi)管道數(shù)量；n為所有隔離子區(qū)的數(shù)量；qi為第i個(gè)區(qū)域隔離造成的本區(qū)用戶的缺水量；qi'為第i個(gè)區(qū)域隔離造成的其他意外隔離區(qū)域用戶的缺水量。

23、由上述任一方案優(yōu)選的是，所述韌性評(píng)價(jià)模型為：

24、

25、其中，reloss為韌性損失水量；k為故障場(chǎng)景次數(shù)；u為一個(gè)故障場(chǎng)景下，發(fā)生故障的隔離子區(qū)數(shù)量；tki-repair為第k個(gè)故障場(chǎng)景第i個(gè)故障區(qū)域內(nèi)修復(fù)故障管道需要的時(shí)間；tki-replace為第k個(gè)故障場(chǎng)景第i個(gè)故障區(qū)域內(nèi)替換故障管道需要的時(shí)間；qki為第k個(gè)故障場(chǎng)景下第i個(gè)故障區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的需水量；q′ki為第k個(gè)故障場(chǎng)景下由于維修第i個(gè)故障區(qū)域?qū)е缕渌?jié)點(diǎn)停水的水量。

26、由上述任一方案優(yōu)選的是，所述閥門成本模型為：

27、cj＝0.017dj2+2.08dj+78.21

28、其中，dj為管道j的直徑；cj為管道j上安裝隔離閥的成本。

29、由上述任一方案優(yōu)選的是，在所述步驟s3中，所述多目標(biāo)優(yōu)化模型中的約束條件為隔離子區(qū)最大隔離閥數(shù)量不超過(guò)預(yù)設(shè)閾值，其中，所述預(yù)設(shè)閾值根據(jù)管網(wǎng)設(shè)置，以對(duì)閥門布局進(jìn)行優(yōu)化。

30、由上述任一方案優(yōu)選的是，在所述步驟s4中，在得到帕累托解集后，利用多標(biāo)準(zhǔn)決策計(jì)算各方案的代表值f，選擇值最低的方案作為最終閥門布置方案，包括：

31、f＝w1relloss+w2reloss+w3cj

32、其中，w1為可靠性損失水量的權(quán)重；w2為韌性損失水量的權(quán)重；w3為閥門成本的權(quán)重與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：

33、(1)利用管道水力分級(jí)指標(biāo)，將管道進(jìn)行水力分級(jí)，確定主要輸水管道及配水管道，對(duì)輸水管道按照工程規(guī)則進(jìn)行閥門布置，每根輸水管道兩端均安裝閥門，對(duì)配水管道利用多目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行閥門布局優(yōu)化。

34、(2)建立可靠性、韌性及成本的多目標(biāo)優(yōu)化模型，提出基于工程規(guī)則與隨機(jī)搜索耦合優(yōu)化的隔離閥優(yōu)化策略，并利用多標(biāo)準(zhǔn)決策分析確定最佳隔離閥布局。

35、(3)綜合考慮了工程經(jīng)驗(yàn)和隨機(jī)優(yōu)化的閥門放置策略，同時(shí)在優(yōu)化閥門位置時(shí)，將管網(wǎng)可靠性與韌性同時(shí)納入考慮，既能適用單管道爆管場(chǎng)景，又能適用多管道同時(shí)爆管的場(chǎng)景，給供水管網(wǎng)隔離閥布局優(yōu)化提供了很好的參考。

36、(4)提高供水管網(wǎng)應(yīng)對(duì)爆管事故的響應(yīng)能力，將爆管隔離的影響降到最低。

37、本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。