申请/专利权人：重庆大学

申请日：2021-05-28

公开（公告）日：2024-06-07

公开（公告）号：CN113836780B

主分类号：G06F30/27

分类号：G06F30/27;G06F17/16;G06N3/006;G06Q50/06;G06F111/10;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.07#授权;2022.01.11#实质审查的生效;2022.01.07#文件的公告送达;2021.12.24#公开

摘要：本发明公开一种基于改进牛拉法的配水网水力计算方法，步骤包括：1获取配水网基本参数；2建立配水网水力计算模型；3求解配水网水力计算模型，得到配水网水力计算结果；4判断配水网水力计算结果是否满足迭代条件，若是，则结束，否则，返回步骤3。本发明可以同时求取水网中水头高度与支路流量两类未知数，并且在考虑压力驱动节点的情况下也依然能保持较好的收敛性，改善了普通牛拉法水力计算的收敛性。

主权项：1.一种基于改进牛拉法的配水网水力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1获取配水网基本参数；2建立配水网水力计算模型；3求解配水网水力计算模型，得到配水网水力计算结果；4判断配水网水力计算结果是否满足迭代条件，若是，则结束，否则，返回步骤3；所述配水网水力计算模型包括节点负荷计算模型、管道流量计算模型、水泵工作模型、节点流量平衡方程；节点负荷包括定流负荷计算模型和压力驱动负荷计算模型；其中，定流负荷计算模型中的节点负荷为定值；压力驱动负荷计算模型如下所示： 其中，qL,i为i节点在压力驱动模式下的节点负荷流量；为节点i的固定需求负荷流量；Hi为节点i的节点压力水头高度；与为压力驱动节点的上下阈值水头高度；管道流量计算模型如下所示：Δhij＝γijqij|qijn-12其中，Δhij为节点i与节点j之间沿管道方向的节点压力水头损失量，方向为由节点i到节点j时Δhij为正；qij为节点i与节点j之间的管道流量大小，方向为由节点i到节点j时qij为正；γij为节点i与节点j之间的管道摩阻系数；n为常数；水泵工作模型如下所示： 式中，下标pu表示此参数为与水泵相关的系数；Δhpu,ij为节点i与节点j之间水泵的扬程；hi、hj分别表示节点i、节点j的水头；h0ij、rpu,ij与mij分别为水泵的静扬程、内阻系数与扬程指数；ωij为水泵的相对转速；节点流量平衡方程如下所示： 式中，j∈i表示与节点i相连节点的集合；qij表示为节点i与节点j之间管道支路或水泵支路流过的流量；sij表示为流量qij的方向，支路流量qij流入节点i时sij＝1，支路流量qij流出节点i时sij＝-1；求解配水网水力计算模型的步骤包括：3.1建立配水网水力方程组，即： 式中，nb为总节点数；np为总支路数；F1为配水网的节点流量平衡方程向量，共包含nb-nr个方程；nr为水源节点数量；向量f1q1,q2,…,qnp中的元素为经由管道或者水泵流入流出某一节点的流量之和；Lh1,h2,…,hnb为节点的负荷方程向量；qi为支路i的流量；hi为节点i的水头高度；F2为配水网的管道特性方程以及水泵特性方程向量，共包含np个方程；f2q1,q2,…,qnp表示为各支路的水头降落方程向量；Δhijh1,h2,…,hnb为支路两端节点的水头高度降落向量；其中，配水网水力方程组中的未知量包括除水源节点外的负荷节点的水头高度和所有支路的流量；3.2求解配水网水力方程组不平衡量ΔFk，即： 其中，k表示迭代次数，下标1表示方程为节点流量平衡方程，下标2表示方程为支路特性方程，上标T表示转置；3.3计算雅克比矩阵Jk，即： 雅克比矩阵Jk简化如下： 其中，子矩阵如下所示： 式中，表示关联矩阵A的子阵，行数等于负荷节点数，列数等于支路数；A表示配水网中所有节点与所有支路连接关系的关联矩阵，每一行表示一个节点的连接关系，每一列表示一条支路的连接关系，行数等于配水网中的节点数，列数等于支路数；子矩阵中元素为1表示支路的流量流入当前节点，元素为-1表示支路的流量流出当前节点，元素为0表示支路与当前节点没有连接关系；子矩阵如下所示： 节点i、节点j所在支路为管道支路时，元素如下所示： 节点i、节点j所在支路为水泵支路时，元素如下所示： 子矩阵如下所示： 3.4计算待求变量的修正量，即：Δxk＝-[Jk]-1ΔFk14式中，Δxk是由所有待求变量修正量组成的列向量；列向量Δxk如下所示： 3.5计算待求变量的新迭代值，即：x1k＝xk+hstepΔxk16 式中，x1k与x2k为待求变量的新迭代值；hstep为迭代步长；当新迭代值x1k与迭代值x2k的差异参数ζ﹥差异阈值ε1时，迭代步长hstep如下所示：hstep＝max{σ1hstep,hstep，min}18式中，hstep，min为最小步长；σ1为步长阻尼系数；当新迭代值x1k与迭代值x2k的差异参数≤差异阈值ε1时，迭代步长hstep如下所示：hstep＝min{σ2hstep,hstep，max}19式中，σ2为步长阻尼系数；其中，差异参数ζ如下所示： 3.6对待求变量的新迭代值进行修正，得到： 式中，Ψ为用于模拟标准理查森外推方法的设定参数；hstep为迭代步长；xk+1为待求变量修正迭代值；3.7更新迭代次数k＝k+1；3.8判断是否满足max{Δxk}＜ε2或k≥kmax，若是，则停止迭代，否则，返回步骤3.2；ε2为迭代阈值；kmax为最大迭代次数。

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百度查询： 重庆大学 一种基于改进牛拉法的配水网水力计算方法

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