Page 104 - 2022年第53卷第4期
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水变化发生在 Pool 4 且分水变化未知,在预测控制模型中只能在发生水位变化后通过水位的变化
速率来预测未来的水位变化趋势,而预测模型在感知到水位发生变化时,Pool 4 中的水位偏差已
接近 0.1 m。
图 2(a)对比图 3(a)和图 4(a),最大的区别在于 24 h 之后图 3(a)和图 4(a)中各渠池的水位偏差继
续变小且变化趋势保持一致,而在本文优化模型中 24 h 之后各个渠池中的水位偏差及变化趋势都不
一致。这是因为在 24 h之后在 MPC-I以及 MPC-II调控下仍然有较多的闸门开度调整造成的。对图 2(b)、
图 3(b)和图 4(b)中前 24 h 和后 24 h 内的闸控次数进行汇总,结果见表 4。从表 4 中可以看出,在后
24 h,多目标优化控制模型驱动下只有 1 次闸门调控,而 MPC-I 和 MPC-II 模型驱动下分别有 18 和 19
次 调 控 。 在 传 统 MPC 模 型 中 , 即 使 当 前 水 位 偏 差 较 小 且 调 控 目 标 中 此 部 分 水 位 偏 差 的 权 重 较 小
(MPC-I 中为 5,MPC-II 中为 0),但是由于水位变化率的存在,预测模型预测未来的水位偏差仍有可
能会超过 0.1 m,因此会继续生成较小的流量调整指令,而这部分指令会由于累积器的作用累积到一
定程度仍然被执行。而在本文优化模型的优化目标中由于流量调整惩罚的加入,在水位偏差及水位
偏差变化率较小情况下就不再生产流量调整指令。
在前 24 h,三种模型调控下的闸控次数分别为 22、34、29 次;同样地,由于流量调整惩罚的加
入,本文优化控制模型中的闸控次数会相对较少;但由于此阶段全线的水位都处于快速的下降阶
段,三种调控模型都需要采取较多的闸控来逐步调整水位。从 48 h 内总的闸控次数来看,三种模型
调控下的闸控次数分别为 23、52、48 次;MPC-II 中的闸控次数相比 MPC-I 的闸控次数降低的程度有
限,说明降低权重并不能有效解决传统预测模型带来的控制频繁的问题;而本文多目标优化控制模
型中因为加入了流量调整惩罚,闸控次数只有 23 次,相比传统 MPC 下的闸控次数下的 48 次,闸控次
数能降低 52%,生成的闸控方案相对更加合理。
将本文优化调控模型、MPC-I 和 MPC-II 应用于处理可预知的扰动工况二,三种控制模型的调
控结果分别见图 5、图 6 和图 7。工况二中的闸控次数结果汇总见表 5 所示。相比于工况一中的结
果 , 在 工 况 二 中 由 于 分 水 扰 动 可 预 知 , 因 此 在 图 5—7 中 , 在 分 水 发 生 变 化 前 其 上 游 节 制 闸 都 开
始 了 调 控 , 三 种 模 型 都 能 有 效 地 控 制 水 位 偏 差 在 0.1 m 的 偏 差 范 围 以 内 。 而 在 前 24 h, 本 文 调 控
模型、MPC-I 和 MPC-II 调控下的 Pool 4 中最大负偏差分别为-0.06、-0.08 和-0.09 m,可见本文调
控 模 型 相 比 传 统 控 制 模 型 能 更 好 地 应 对 已 知 扰 动 。 原 因 在 于 传 统 控 制 模 型 中 因 为 求 解 算 法 的 限
制,只能采用累积器的方式来处理闸门死区问题,导致分水扰动发生前的小流量调整方案无法被
及时地执行,而在本文调控模型的优化过程中考虑了闸门死区带来的流量最小变幅约束,因此分
水 扰 动 发 生 前 的 流 量 调 整 方 案 都 是 可 被 及 时 执 行 的 , 这 样 就 能 更 合 理 地 提 前 应 对 预 知 大 分 水 扰
动。
表 4 工况一中各调控模型的闸控次数 表 5 工况二中各调控模型的闸控次数
多目标优化 MPC-I MPC-II 多目标优化 MPC-I MPC-II
渠池 渠池
前 后 前 后 前 后 前 后 前 后 前 后
编号 编号
24 h 24 h 24 h 24 h 24 h 24 h 24 h 24 h 24 h 24 h 24 h 24 h
Pool1 6 0 4 2 4 2 Pool1 9 2 5 1 4 2
Pool2 3 0 5 3 6 4 Pool2 4 0 5 2 8 3
Pool3 4 0 7 3 5 3 Pool3 4 1 7 2 7 2
Pool4 5 1 11 5 9 5 Pool4 4 0 12 4 11 3
Pool5 2 0 5 3 4 3 Pool5 2 0 5 3 4 2
Pool6 2 0 2 2 1 2 Pool6 2 0 2 2 2 1
总计 22 1 34 18 29 19 总计 25 3 36 14 36 13
在后 24 h 内,本文调控模型对比 MPC-I 和 MPC-II 调控下的差异与工况一情况类似,图 5 中的
水 位 偏 差 相 对 更 大 、 闸 控 次 数 更 小 , 而 MPC-I 和 MPC-II 调 控 下 水 位 偏 差 相 对 较 小 但 闸 控 次 数 更
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