基于凸多起点算法的自清洁供水管网优化设计控制
最优化与控制
2023-02-06 v2
摘要
研究表明，提供自清洁流速可降低供水管网（WDNs）中水色度异常的风险。尽管有这些发现，控制实现仍主要集中于压力与漏损管理。本文考虑通过控制日变化流速来最大化供水管网的自清洁能力（SCC）。我们提出了一种新的优化设计控制问题，其中压力控制和自动冲洗阀的位置与运行设定被联合优化。该问题表述包含非凸目标函数、非凸水力守恒律约束，以及用于建模阀门布置的二元变量，从而构成一个非凸混合整数非线性规划（MINLP）优化问题。考虑到求解非凸 MINLP 问题的挑战，我们提出了一种启发式算法，其结合了凸松弛（含域缩减）、随机化技术和多起点策略以计算可行解。我们在具有不同规模和复杂程度的案例研究网络上评估了所提算法，包括英国的一个大规模运营管网。结果表明，与现成的遗传算法相比，该凸多起点算法是一种更鲁棒的解法，能为所有设计控制数值实验找到高质量的 feasible 解。此外，我们证明了所实现的多起点策略是一种快速且可扩展的方法，用于计算非线性 SCC 控制问题的可行解。所提方法扩展了动态自适应管网的控制能力与效益，以改善供水管网中的水质。
引用
@article{arxiv.2210.06388,
title = {Optimal design-for-control of self-cleaning water distribution networks using a convex multi-start algorithm},
author = {Bradley Jenks and Filippo Pecci and Ivan Stoianov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.06388},
year = {2023}
}