基于多agent和gsm的城市供水優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)-研究

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1、碩士學(xué)位論文第1章緒論1．1選題背景與研究意義水作為人類生存的基礎(chǔ)和城市的命脈，直接影響著生產(chǎn)力的發(fā)展和城市的興衰。在我國(guó)現(xiàn)有的666個(gè)城市中，建設(shè)系統(tǒng)內(nèi)已有水廠2032個(gè)(全社會(huì)為4000個(gè))，綜合供水能力為10617x104m3／d(全社會(huì)供水能力為19994x104m3／d)，而且現(xiàn)在城市地面水廠的建設(shè)規(guī)模大約為(10～30)×104m3／d，不少城市己開始建設(shè)(50～100)×104m3／d的水廠111。隨著工業(yè)生產(chǎn)能力的提高，城市人口的不斷增加，以及人民生活水平的不斷改善，人們對(duì)城市供水系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高，供水系統(tǒng)

2、的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，復(fù)雜性隨之提高。面對(duì)日益復(fù)雜的供水系統(tǒng)，如何在滿足供水水量、水壓及水質(zhì)要求的前提下，最大限度地提高供水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是擺在所有供水部門面前的重要課題。當(dāng)前，能源緊張是世界性問(wèn)題。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的深入，能源矛盾在我國(guó)尤為突出。節(jié)約能源，降低成本成為我國(guó)的基本國(guó)策。由于城市規(guī)模的擴(kuò)大，人口的增加，供水規(guī)模也不斷增大，城市給水管網(wǎng)的電耗也越來(lái)越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)給水事業(yè)每年用電逾40億度，自來(lái)水公司均是所在城市的用電大戶，無(wú)論是以地下水作水源，還是以地表水作水源，供水電耗在制水成本中都占很大比例，如廣州占6

3、0％以上，大慶占30％以上。降低電耗是降低制水成本的重要途徑，若全國(guó)給水系統(tǒng)節(jié)電5％，每年就可節(jié)電2億度以上。因此，降低供水電耗有著緩解國(guó)家能源緊張和提高供水企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益兩方面的意義。如果對(duì)供水系統(tǒng)采用優(yōu)化調(diào)度，不僅能節(jié)省大量能源，而且使管網(wǎng)能在合理的狀態(tài)下運(yùn)行，既保證供水的要求，也使管網(wǎng)的壓力更為合理。我國(guó)供水企業(yè)的管理水平較低，給水管網(wǎng)的調(diào)度仍處于經(jīng)驗(yàn)型階段，尚缺乏理論依據(jù)和科學(xué)判斷，因此，研究并形成一整套具有智能性的供水優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)勢(shì)在必行。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)于自身行為及群體性社會(huì)行為的認(rèn)識(shí)不斷加深，分布式人工智

4、能領(lǐng)域的學(xué)者將群體社會(huì)行為分工協(xié)作的本質(zhì)最終抽象為Agent與多Agent理論。這個(gè)理論一經(jīng)提出，就迅速地在不同的學(xué)術(shù)領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用，并取得了豐碩的成果。然而，在電力系統(tǒng)這個(gè)與自動(dòng)化控制密不可分的領(lǐng)域中，多Agent理論與供水系統(tǒng)自動(dòng)化控制的結(jié)合和應(yīng)用卻并不多見(jiàn)，尤其是在供水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的研究中尚處于空白。因而，將多Agent理論應(yīng)用于供水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度，建立一個(gè)基于多Agent理論的供水優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，并通過(guò)已經(jīng)擴(kuò)展到全世界各個(gè)角落的GSM(GlobalSystemformobile)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行個(gè)別Agent間的通信，將為

5、供水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度實(shí)現(xiàn)智能控制提供非常重要的依據(jù)和先進(jìn)的科學(xué)手段。該系統(tǒng)不僅減少了運(yùn)行控制人員，甚至達(dá)到無(wú)人值守，而且充分有效地利用了有限的水力資源，充分挖掘已有機(jī)組及水廠的潛能，大大降低了水資源的運(yùn)行成本和電價(jià)，從而大幅度地提高了供水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。基?。郃gent和GSM的城市供水優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)研究1．2國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀1．2．1國(guó)外的研究現(xiàn)狀國(guó)外自六十年代起一些發(fā)達(dá)國(guó)家就開始了以計(jì)算機(jī)作為供水系統(tǒng)輔助調(diào)度管理的探索【2l13l【41，早期如在美國(guó)的費(fèi)城、丹佛和加拿大的多倫多等城市，主要是采用遙測(cè)設(shè)備將管

6、網(wǎng)中控制點(diǎn)的壓力、水廠出廠壓力、出廠流量、水位、功率及溫度等實(shí)際運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)適時(shí)地傳送到中心調(diào)度室，并對(duì)超?，F(xiàn)象作出自動(dòng)報(bào)警，依此作為控制人員實(shí)際操作的依據(jù)，國(guó)外許多學(xué)者，如美國(guó)的K．E．Lansey、RobertDemoyer、L．E．Ormsbee，英國(guó)的R．S．Powell、B．Coulbeck、ELowitt，日本的KazumasaMuguruma、M．Tuskiyama及以色列的U．Shamir、C．D．D．Howard等人在調(diào)度管理的建模上進(jìn)行了許多有益的探討。目前在美國(guó)、英國(guó)、日本、法國(guó)等地的一些城市已基本上實(shí)現(xiàn)

7、了供水系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)優(yōu)化調(diào)度管理，并編制了一些較通用的調(diào)度管理軟件，如英國(guó)的GINASl9j及美國(guó)的OPWADl5J等。進(jìn)入八十年代，隨著遙控、遙測(cè)和遙傳設(shè)備成本的下降，國(guó)外又開始了在線優(yōu)化控制研究。目前，國(guó)外許多城市【6J(如美國(guó)的ChicagoDallas，Houston，瑞士的Sankt．Gallen，英國(guó)的EastWorcestershire和法國(guó)的Chambery、Marseilles，巴黎的西南地區(qū))給水系統(tǒng)的自動(dòng)化程度已經(jīng)相當(dāng)高，控制設(shè)備、生產(chǎn)流程及全線運(yùn)轉(zhuǎn)情況都可以反映到中心調(diào)度室采用計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)過(guò)程，信息傳遞

8、通信系統(tǒng)比較有效、可靠，生產(chǎn)運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)系統(tǒng)、完整。生產(chǎn)運(yùn)行除了由中心調(diào)度室集中控制調(diào)度外，其調(diào)度方案由計(jì)算機(jī)根據(jù)采集到的系統(tǒng)工作狀態(tài)的信息進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，確定出最優(yōu)調(diào)度方案，使供水系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下工作。基于自動(dòng)化程度高及其它供水特點(diǎn)，采用的模型基本都是微觀模型。事實(shí)證明，采用