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图5:故障诊断与模型预测控制融合
3.4控制平台MPCTool
MPCTool是由西班牙科学院与加泰罗尼亚理工大学共同开发的城市排水系统集成在线控制平台 (图6)。MPCTool基于上述水流、水质简化模型和鲁棒MPC控制方法,通过一定时间内预测降雨优化系统目标,并产生针对阀门水泵等可控部件的最优策略来实现最小化城市内涝、减少溢流及污染物泄露等现象。
图6:MPCTool基本模块
MPCTool中的模型管理模块可由系统负责人手动定义、更新、修改网络模型 (图7);并在后台自动生成由GAMS优化求解器语言描述的优化问题,不需要人为编写代码;
系统自动通过迭代优化模块产生满足目标的最优控制策略;控制模块与SCADA实时连接;
在线递归参数校验模块使水流、水质模型参数更准确的描述真实动态;通过基于Access/ Oracle的数据库,连接商业化仿真软件SWMM/ Mouse/ InfoWorks等来实现虚拟现实。
图7:MPCTool自定义网络模型
四、案例分析:巴达洛纳城市排水系统优化控制
巴达洛纳位于西班牙东北部,巴索斯(Besò)河口,临地中海,是全国最大工业中心巴塞罗那的东北部卫星城市 (图8),拥有21.2平方公里土地和约22万人口。
巴达洛纳得益于地中海气候影响,冬季明亮凉爽,夏季明媚炎热,但偶尔会遭遇强降雨和洪暴事件;年平均降雨量573mm,其中50%由夏秋两季两到三次强降雨事件产生。
图8. 巴达洛纳(图中紫色)和巴塞罗那大都会区(图中红色)
巴达洛纳城市排水管网约318.4km,排水管网以雨污合流为主(图9)。为预防溢流,城市建有容量为30,000m3的沉淀池和巴索斯污水处理厂。巴索斯污水处理厂位于地中海岸,跨越巴塞罗那和Sant Adrià两个城市,Fòrum de les Cultures广场下。巴索斯污水处理厂是西班牙规模最大,加泰罗尼亚污水处理能力最强的水厂,日处理量最大为525,000m3,最大处理流量为25,000 m3/h。巴塞罗那产生污水的四分之三,以及Sant Adrià de Besòs, Santa Coloma de Gramenet, Badalona等城市的所有雨污水都会被送到巴索斯污水处理厂。完全覆盖并位于已建成城市的一部分,是巴索斯污水处理厂的另一特点所在。
图9. 巴达洛纳排水管(绿色)、水厂(蓝色)、溢流(红色)网示意图
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