Research on Controlled Volume Operation Method of Large-scale Water Transfer Canal

The controlled volume method of operation is especially suitable for large-scale water delivery canal system with complex operation requirements. An operating simulation model based on the storage volume control method for multi-reach canal system in series was established. In allusion to the deficiency of existing controlled volume algorithm, the improved controlled volume algorithm of the whole canal pools was proposed, and the simulation results indicated that the storage volume and water level of each canal pool could be accurately controlled after the improved algorithm had been adopted. However, for some typical discharge demand operating conditions, if the previously mentioned algorithm was adopted, then it certainly would cause some unnecessary gate adjustments, and consequently the disturbed canal pools would be increased. Therefore, the idea of controlled volume operation method of continuous canal pools was proposed, and corresponding algorithm was designed. Through simulating practical project, the results indicated that the new controlled volume algorithm proposed for typical operating conditions could comparatively and obviously reduce the number of regulated check gates and disturb canal pools for some typical discharge demand operating conditions, thus the control efficiency of canal system could be improved.

南水北调中线分水口群不同运用方式对总干渠水力控制特性的影响

分析了南水北调中线总干渠在闸前常水位运行方式下,满足分水口群用水需求的节制闸控制方式和算法,通过数值仿真,重点研究了分水口群分别采用顺序运用方式、同步运用方式及逆序运用方式时,总干渠在闸前水位偏差、水力过渡时间和闸门操作历时等水力控制指标方面的差别。研究表明,闸门操作历时在顺序运用方式下最短,逆序运用方式下最长;水力过渡时间在同步运用方式下最短,逆序运用方式下最长;而闸前水位偏差指标在三种运用方式下相同。

渠道自动控制技术与发展趋势

对灌区自动化系统中灌溉渠道的自动控制技术进行了综述，对其控制类型进行归纳、分析和总结，按照控制变量、控制逻辑和设计技术三个方面进行研究，指出了不同控制类型的优点和缺点，预测了渠道自动控制技术的发展趋势是以下游控制为主、前馈与反馈结合、利用现代控制理论(人工神经网络、模糊控制、系统识别理论及遗传算法等)与计算机非恒定流模拟技术溶为一体的综合控制系统，使之能够适应多闸门复杂渠系的多目标、多用途的灌区自动化工程。

渠道自动化控制系统及其运行设计

渠道运行控制系统可以根据渠道水位、流量等信息来提高渠道的运行效率,降低运行成本,提高水资源利用率。系统介绍了渠道运行方式和自动化控制的概念,扼要论述了近年来在长距离输水渠道运行方式和自动化控制方面的研究和相关成果,指出其中存在的问题和可能改进的途径。根据渠道运行控制系统多输入多输出、模型非线性、扰动随机性等特点,对控制解决方案进行了探讨,并在渠道运行方式选择、控制算法与闸门控制模式等方面指出了进一步的研究方向。

串联渠系PID改进积分与微分环节仿真研究

渠道系统自动化运行是提高明渠输水系统水资源利用效率的有效途径,其基本思路是通过节制闸的实时调节维持渠道内的水位、流量在一定的目标状态。经典PID控制算法在应用到渠道控制中存在微分环节极易引起超调甚至系统失稳的问题,因而实际渠系控制器多采用比例积分环节(PI),其缺点是响应缓慢。为了提高渠系控制的响应速度、减小系统调节动作量,在PID算法的积分环节中引入启动阈值,并采用惯性环节串联补偿微分环节。采用ASCE的标准渠道测试算例进行建模仿真,计算结果表明改进算法在传统PID算法的基础上降低系统超调、减少闸门的调节量;在PI算法的基础上提高系统响应速度。

串联输水明渠PID多指标自适应算法及仿真研究

经典PID控制的控制器参数经整定后一般设为定值,当控制对象参数受环境影响而发生改变时,其控制性能会有所降低。针对大型输水明渠这一特殊的控制系统,为适应受控对象的状态变化,保持较好的控制效果,提出一种可在线调节控制器参数的自适应PID控制算法,并针对多种优化目标进行分析、比选。该算法采用绝对值误差积分IAE与衰减率DAM、超调量OVR作为性能指标参数,通过控制器参数与性能指标的函数关系,提出自适应规则,根据该规则在线调节PID控制器的主要参数Kp、Ki值,使系统动态响应及控制性能进入优化区域。通过对某大型调水工程输水渠道系统干渠串联渠系进行建模仿真,结果表明经过自适应调整,渠系在常规PID算法的基础上系统闸门超调量降低9%～21%、闸门调节次数至少减少1～2次,稳定时间提前15小时以上。可见自适应优化算法对于变化的控制对象,能根据选定的性能指标进行控制器参数的自我优化,不依赖精确的数学模型,尤其针对受控对象部分参数存在缓慢时变的特点有针对性的优化,对于我国广大灌区渠系运行调度以及大型输配水工程的运行管理具有一定的参考价值和应用前景。

串联输水渠系控制解耦算法优化与仿真

串联输水渠系耦合特性表现为针对单一渠池设计的控制器串联使用后控制性能较差。解耦算法可在一定程度上增强渠池的独立控制性能。该研究针对基于比例-积分-微分(Proportional-Integral-Differential,PID)反馈控制的上游方向解耦算法提出优化方案,首先对控制解耦算法中的解耦系数的选取范围进行验证;其次针对相邻渠池长度差异较大的情况,在算法中引入放大系数以提升解耦效果;最后通过对不同取水流量规模、渠道上下游运行流量减半的算例进行仿真分析,验证优化方案的控制性能。结果表明:1)解耦系数的合理取值范围为0.8~1.0;2)放大系数可选用相邻渠池水面面积之比;3)当串联渠系上下游设计过流能力差异较大时,放大系数的修正能显著提升控制效果。该研究提出的优化解耦算法可应用于不同规模复杂渠道系统的解耦控制器设计,对于灌区及引调水工程输水系统的智能化调度有一定参考价值,工程应用时建议结合具体渠道的特点,根据渠道的特性和用途综合考虑系数的取值。

南水北调中线穿黄工程控制蓄量运行方式研究

对穿黄工程的运行控制问题进行了分析,提出了穿黄工程的控制蓄量运行方案,研究了其具体实现方法。提出采用变闸前目标水位的方式实现控制蓄量运行,比较研究了三种确定流量-闸前目标水位关系的方法,推荐采用"流量-渠池蓄量"线性关系反推各流量下的闸前目标水位的方法。研究了控制蓄量-闸前常水位联合运行控制问题,提出了包含前馈、反馈和解耦环节的分布式集中控制方案。在包含穿黄工程在内的中线干渠约120公里渠道上运行了数值仿真,测试了计划分水、非计划分水和大幅度流量变化工况。结果表明,渠道成功实现了控制蓄量-闸前常水位联合运行,所设计的闸门控制算法能够有效消除计划分水、非计划分水及大幅度流量变化带来的扰动,且穿黄隧洞入口维持了较大的淹没水深,整个控制过程水位流量变化平稳,水位波动符合安全限幅规定。

水联网渠道可控性判别指标研究

渠道是调水和输配水的主要工程型式,渠道可控性是渠道水联网控制安全与高效运行的重要前提。本文根据一阶时滞系统的一般可控性原理,提出了基于积分时滞模型参数的渠道可控性概念及其判别指标,建立了渠道可控性与自动控制方法选择的判别关系。以疏勒河昌马南灌区二分干渠为例,模拟验证了上述可控性指标及算法选择合理性。研究表明,案例渠道可控性指标为0.2~0.3,比例积分算法对此系统无法有效控制,线性二次型算法控制效果受扰动幅度影响较大,而模型预测算法能有效控制。这一结论进一步说明了渠道控制效果是渠道可控性与控制算法的综合结果,可控性判别指标可用于判断渠道可控性并合理选择控制算法以及指导渠道设计。

大型输水渠系蓄量非叠加非充分补偿优化算法

针对推算大型输水渠道系统前馈控制规则时,蓄量叠加补偿算法使闸门提前较长时间开启,过渡过程时间较长的问题,提出蓄量非叠加当地补偿算法,对两个规模相差近15倍的渠系建模进行验证.结果表明:渠系规模较大时,蓄量非叠加当地补偿算法有效减小了渠首闸提前开启时间.在大型实际渠系一般取水工况下,该算法渠首闸提前开启时间、过渡过程时间较蓄量叠加补偿算法分别缩短了81.95%和48.88%,渠系控制动态性能有所优化.考虑用水所需变化流量较大的工况,进一步提出蓄量非叠加非充分补偿优化算法,达到更好地减小渠首闸提前开启时间,提高渠系控制性能的目的.在大型实际渠系用水需求流量变化较大的工况下,该算法渠首闸提前开启时间较蓄量非叠加当地补偿算法减小68.55%,过渡过程时间较短,动态性能相对最优.在蓄量补偿比例β选择合适的前提下,蓄量非叠加非充分补偿优化算法可在满足供水需求的同时有较好的渠系控制效果.