بهره برداري بهينه از ايستگاه هاي پمپاژ سيستم هاي تامين آب با استفاده از الگوريتم جامعه زنبورهاي عسل مصنوعي (ABC)

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

سابقه و هدف: الگوريتم‌هاي الهام گرفته از رفتار زنبورهاي عسل يكي از جديدترين تكنيك‌هاي بهينه سازي مي‌باشند. يكي از انواع نوظهور اين الگوريتم‌ها الگوريتم جامعه زنبورهاي عسل مصنوعي (ABC) است. امروزه با افزايش سرسام آور هزينه‌هاي انرژي مصرفي در ايستگاه هاي پمپاژ، تعيين برنامه زماني مناسب بهره‌ برداري از پمپ‌ هاي يك سامانه انتقال آب در جهت صرفه جويي در ميزان هزينه انرژي به عنوان يك موضوع پژوهشي بسيار مورد توجه است. در بسياري از ايستگاه‌ هاي پمپاژ دستورالعمل خاصي براي بهره‌ برداري از پمپ‌ هاي موجود وجود ندارد و متصدي ايستگاه طبق تجربه و نيازي كه به او اعلام مي‌ شود اقدام به روشن و خاموش كردن پمپ‌ ها مي‌ نمايد. اين روش سنتي هزينه زائد بسيار زيادي را به سيستم تحميل مي‌ كند. بنابراين علاوه بر طراحي صحيح ايستگاه‌ هاي پمپاژ، بهره‌ برداري از اين ايستگاه‌ ها نيز داراي اهميت فوق‌ العاده اي مي‌ باشد. مهم‌ ترين عامل تأثيرگذار بر عملكرد سيستم‌ هاي پمپاژ، نحوه عملكرد پمپ‌ ها مي‌ باشد و حتي‌ الامكان بايد پمپ‌ ها به گونه‌ اي كار كنند كه در حالت حداكثر راندمان خود فعال باشند. مواد و روش‌ ها: در اين پژوهش برنامه بهره‌ برداري از يك پمپ‌ به صورت رشته‌ اي از مقادير صفر و يكي به گونه‌ اي تعريف شد كه هر يك از خانه‌ هاي اين رشته وضعيت روشن يا خاموش بودن آن پمپ در يك دوره زماني به خصوص را نشان ‌دهد و مسئله تعيين برنامه بهره‌ برداري بهينه پمپ‌ ها به صورت مسئله تعيين بهترين رشته صفر و يكي كد شد. يك مدل بهينه‌ سازي- شبيه‌ سازي مبتني بر الگوريتم جامعه زنبورهاي مصنوعي صفر و يكي (BitABC) براي مسئله تعيين برنامه بهره‌ برداري بهينه پمپ‌ ها ارائه شد. در اين مدل الگوريتم جامعه زنبورها در محيط MATLAB با بخش هيدروليكي مدل EPANET به عنوان مرجعي از فرامين و اطلاعات تلفيق شد و سپس براي تعيين برنامه‌ بهينه بهره ‌برداري از سامانه انتقال آب شيراز استفاده گرديد. بدين منظور در يك روز عادي برنامه بهينه بهره‌ برداري از پمپ‌ هاي اين سامانه تعيين گرديد. سپس حالت بهره‌ برداري بهينه در اين روز خاص با يك سناريوي بهره‌ برداري غير بهينه مورد مقايسه قرار گرفت. هزينه متوسط انرژي الكتريكي در اين پژوهش برابر 275 ريال در نظر گرفته شد. يافته‌ ها: نتايج نشان داد كه ضمن رعايت كليه قيود مسئله، هزينه انرژي در حالت بهره‌ برداري بهينه 32 درصد نسبت به بهره‌ برداري كنوني كاهش داشت. همچنين استفاده از الگوريتم BitABC حدود 8 درصد باعث بهبود پاسخ بهينه روش الگوريتم PSO- با همسايگي كلي شد ولي هزينه پاسخ به دست آمده در اين پژوهش از الگوريتم PSO با همسايگي موضعي حدود 2 درصد بيشتر است. نتيجه‌ گيري: مقايسه برنامه ‌بهينه بهره‌ برداري استخراج شده با نتايج پژوهش‌ هاي پيشين و همچنين شرايط بهره برداري عادي، توانايي مدل را نشان داد.

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.