استفاده از الگوریتم زنبورها در بهره‌برداری بهینه از ایستگاه‌های پمپاژ سیستم‌های تأمین آب

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد/ دانشگاه تربیت مدرس

2 هیئت علمی دانشگاه فسا

3 دانشجوی کارشناسی ارشد/ دانشگاه آزاد مرودشت

چکیده

سابقه و هدف: الگوریتم‌های الهام گرفته از رفتار زنبورهای عسل یکی از جدیدترین تکنیک‌های بهینه سازی می‌باشند. یکی از انواع نوظهور این الگوریتم‌ها الگوریتم جامعه زنبورهای عسل مصنوعی (ABC) است. امروزه با افزایش سرسام آور هزینه‌های انرژی مصرفی در ایستگاه-های پمپاژ، تعیین برنامه زمانی مناسب بهره‌برداری از پمپ‌های یک سامانه انتقال آب در جهت صرفه جویی در میزان هزینه انرژی به عنوان یک موضوع پژوهشی بسیار مورد توجه است. در بسیاری از ایستگاه‌های پمپاژ دستورالعمل خاصی برای بهره‌برداری از پمپ‌های موجود وجود ندارد و متصدی ایستگاه طبق تجربه و نیازی که به او اعلام می‌شود اقدام به روشن وخاموش کردن پمپ‌ها می‌نماید. این روش سنتی هزینه زائد بسیار زیادی را به سیستم تحمیل می‌کند. بنابراین علاوه بر طراحی صحیح ایستگاه‌های پمپاژ، بهره‌برداری از این ایستگاه‌ها نیز دارای اهمیت فوق‌العاده ای می‌باشد. مهم‌ترین عامل تأثیرگذار بر عملکرد سیستم‌های پمپاژ، نحوه عملکرد پمپ‌ها می‌باشد و حتی‌الامکان باید پمپ‌ها به گونه‌ای کار کنند که در حالت حداکثر راندمان خود فعال باشند.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش برنامه بهره‌ برداری از یک پمپ‌ به صورت رشته‌ای از مقادیر صفر و یکی به گونه‌ای تعریف شد که هر یک از خانه‌های این رشته وضعیت روشن یا خاموش بودن آن پمپ در یک دوره زمانی به خصوص را نشان ‌دهد و مسئله تعیین برنامه بهره‌برداری بهینه پمپ‌ها به صورت مسئله تعیین بهترین رشته صفر و یکی کد شد. یک مدل بهینه‌سازی- شبیه‌سازی مبتنی بر الگوریتم جامعه زنبورهای مصنوعی صفر و یکی (BitABC) برای مسئله تعیین برنامه بهره‌برداری بهینه پمپ‌ها ارائه شد. در این مدل الگوریتم جامعه زنبورها در محیط MATLAB با بخش هیدرولیکی مدل EPANET به عنوان مرجعی از فرامین و اطلاعات تلفیق شد و سپس برای تعیین برنامه‌ بهینه بهره ‌برداری از سامانه انتقال آب شیراز استفاده گردید. بدین منظور در یک روز عادی برنامه بهینه بهره‌ برداری از پمپ‌های این سامانه تعیین گردید. سپس حالت بهره‌ برداری بهینه در این روز خاص با یک سناریوی بهره‌ برداری غیر بهینه مورد مقایسه قرار گرفت. هزینه متوسط انرژی الکتریکی در این پژوهش برابر 275 ریال درنظر گرفته شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که ضمن رعایت کلیه قیود مسئله، هزینه انرژی در حالت بهره‌برداری بهینه 32 درصد نسبت به بهره‌برداری کنونی کاهش داشت. همچنین استفاده از الگوریتم BitABC حدود 8 درصد باعث بهبود پاسخ بهینه روش الگوریتم PSO- با همسایگی کلی شد ولی هزینه پاسخ به دست آمده در این پژوهش از الگوریتم PSO با همسایگی موضعی حدود 2 درصد بیشتر است.
نتیجه‌گیری: مقایسه برنامه ‌بهینه بهره‌برداری استخراج شده با نتایج پژوهش‌های پیشین و همچنین شرایط بهره برداری عادی، توانایی مدل را نشان داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Optimized Operation of Pump Stations of Water Delivery System Using Bees Algorithm

نویسنده [English]

  • Mehdi Bahrami 2
چکیده [English]

Background and Objectives: The optimization algorithms inspired by honey bee’s social behavior are among the most recent optimization techniques. Artificial bee colony algorithm (ABC) is one of these algorithms. Today, considering the dramatic increase in pumping energy prices in water conveyance systems, problem of optimal operation of pumping stations is one of the very hottest research areas. In many pumping stations there are no specific guidelines for the operation of the existing pumps and station ope rator acts to turn on and turn of the pumps based on experience and need will be announced him. This traditional method impose a lot of extra cost to sys tem. Therefore, in addition to proper design of pumping stations, operation of these stations is also extremely important. The most important factor affecting the pu mping station performance is the per formance of the pumps, thus pumps should be used as much as possible in their maximum efficiency.
Materials and methods: In this research a pump operation schedule is represented as a string of binary values with each bit representing pump on and off status during a particular time interval and pump optimal scheduling problem is coded as a problem of finding the best binary string which results in the least energy price. In this study a Binary Arti ficial Bee C olony Optimiz ation algorithm based simulation- optimization model has been developed for optimal scheduling of serial pumping stations. The model integrates ABC optimizer and EPA NET hydraulic network solver in MAT LAB software. The proposed model is applied to find the optima l pump operation schedule of Shiraz water conveyance system from Dor oudzan Dam in an ordinary day of the year. Then, the optimal operation mode on this special day was compared with a non-optimal utilization scenarios. The average cost of electrical energy was considered equal to 275 Rials in this study.
Results: The results showed that having regard to all the constraints of the problem, the energy cost in the optimal operation was 32% less than average one in an ordinary day. Bit ABC algorithm also caused about 8 percent improvement in optimal algorithm of - PSO with the general neighborhood, but the cost of response obtained in this study was about 2 percent higher than the - PSO algorithm with local neighborhood.
Conclusion: The comparison between the optimal operation program and the previous researches results showed the model’s abilities.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Artificial Bee Colony Algorithm
  • Pumping stations
  • EPANET