基于混合粒子群算法的供热管网优化设计

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1、基于混合粒子群算法的供热管网优化设计　　摘要：供热管网优化设计一直是多年来城市地下管网工程中的研究热点。通过分析供热管网的优化模型，建立关于供热管网的目标函数即供热管网投资费用，根据供热管网的目标函数及约束条件建立适应度函数。利用粒子群优化算法对该非线性模型进行求解，借鉴遗传算法中变异操作的思想，设计基于遗传算法的混合粒子群算法，寻求在水力约束条件下目标函数的最小值。实例结果表明，将粒子群优化算法应用于供热管网优化设计可以取得较好的优化结果，并且充分的体现出粒子群算法的寻优能力。　　关键词：供热管网；目标函数；粒子群优化算法；遗传算法；水力约束条件　　中图分类号：T

2、P311文献标识码：A　　Abstract：Byanalyzingtheoptimizationmodelofheatsupplynetwork，aheatsupplynetworkobjectivefunction，i.e.，theheatsupplynetworkinvestmentcost，wasestablished，thenthefitnessfunctionwasestablishedonthebasisoftheobjectivefunctionandconstraintconditionsofheatsupplynetwork.Tosolvethis

3、nonlinearmodelwiththeparticleswarmoptimizationalgorithm，byusingtheideaofthemutationoperationofgeneticalgorithm，ahybridparticleswarmalgorithmbasedongeneticalgorithmwasdesigned，andtheminimumofobjectivefunctionwiththehydraulic9constraintwassought.Theresultsshowthattheapplicationoftheparti

4、cleswarmoptimizationalgorithmintheoptimizationdesignofheatsupplynetworkcanachievebetteroptimizationresults，andthesearchingcapabilityoftheparticleswarmalgorithmcanbefullyembodied.　　Keywords：heatsupplynetwork；objectivefunction；particleswarmoptimizationalgorithm；geneticalgorithm；hydraulic

5、constraints　　1引言　　取暖是保证我国寒冷区域基本生活必要条件之一。随着我国城市供热管网建设的快速发展，原有的供热管网已不能完全满足城市建设的需求，这就需要准确地把握城市供热管网的现状，包括旧管线的维护管理、新管线的设计建设和新小区的管网规划等[1]。目前，对于供热管网的需求，我国已经不满足于规模的逐渐扩大，对于供热管网的适用性、合理性以及热能的有效以及充分的利用率也有了更高的需求。　　对于传统的供热管网设计，设计者一般是根据经验进行设计，并且优化设计方案也仅仅是考虑几种不同的布置形式方案比较，并未考虑到同一种布置形式的不同设计的参数组合方案比较[2]。

6、随着优化方法的不断完善，如何使用优化设计优化水力参数，已经成为供热管网设计中非常重要的课题。9　　粒子群算法由于有精度高、容易实现、收敛速度快等优点，引起学术界的重视，并且在应用于实际的问题中展示了优越性[3]。通过研究粒子群优化算法及遗传算法，以供热管网投资费用作为目标函数，建立供热管网数学优化设计模型，并把粒子群算法应用于这一模型。　　2供热管网优化模型　　2.1目标函数　　管线是供热系统的主要组成部分，供热管材的选择关系到整个供热系统的可靠性和安全性[4]。在供热管网优化设计中，主要设计目标就是在满足管网设计约束条件情况下，使供热管网投资费用即目标函数C最小，

7、以保证经济性。考虑到管径、施工环境、地下水位以及地下及地上构筑物等因素，需要考虑各节点的用水量及水压，来确定根据管线上各管段的设计流量及水压来确定管线干路和支路上流量及水压[5]。供热管网投资费用由供热管线造价、实施费用、年折损值、水电的运行费用四部分组成。本文主要考虑粒子群优化算法在供热管线中的应用，目标函数包括管线造价和管线运行费用两部分。　　目标函数如下：　　2.2约束条件　　通常的情况下，在供热管网中默认水为不可压缩的流体，密度恒定不变[6]。为了解决供热管网优化模型的目标函数，即使供热管网投资费用在一定约束条件下获得最优解，需要在目标函数基础上加上约束