摘要：南水北调工程建造了很多泵站，这些泵站缓解了南北方水资源分配问题，改善了北方的用水条件，提高了国内的生产总值然而大量的泵站却存在着管理不规范、能源大量浪费的现象。为解决此类问题，专家学者们提出了各类解决办法。

为解决泵站的优化运行问题，本文以南水北调东线工程不牢河段的三级泵站为优化对象，借助于群体智能算法中的灰狼算法(Grey Wolf Optimizer，GWO算法)，以三级泵站能耗总和最低为优化目标，将灰狼算法应用于大型泵站优化运行问题的处理中并仿真分析。

本文主要研究内容与结果如下：

（1）搜集相关工程资料，查阅梯级泵站优化运行研究相关的国内外文献资料，建立每座泵站的优化运行模型，建立相应的数据库；计算河道流量、水位损失，建立输水运行方案库。

（2）建立梯级泵站系统优化运行模型，并针对灰狼算法的易陷入局部最优等缺点进行改进，采用自适应头狼的灰狼算法，让算法在进化过程中可以根据协同参数A的变化选择合适的头狼数量，从而达到平衡算法的勘探和开发能力的目的。同时增加α狼的视野并使其能够主动搜素生成备选解，通过比较更新最优解，使算法能够进一步优化，让算法可以跳出局部最优，提高算法的搜索精度。

（3）将系统的优化对象分为两类，一类为仅优化泵站主机组部分，另一类为优化系统整体，并将两类优化结果进行对比。在相同工况下，系统整体优化运行方案总能耗低于主机组优化运行方案的总能耗，表明在研究泵站优化运行方案时应以系统整体为优化对象，而不能局限于主机组。

（4）将改进后的灰狼算法应用于梯级泵站的优化运行中，编制计算软件，搭建GUI界面。在给定水位、流量的条件下，计算出泵站系统优化运行方案与运行总能耗。与狼群算法相比，基于改进灰狼算法的总能耗能找到相对而言更优的结果，表明改进灰狼算法的性能在寻优方面更具有优越性，为泵站的优化运行计算提供一个有效的计算方法。

关键词：梯级泵站；灰狼算法；优化运行；运行方案；算法改进

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 研究背景与意义-1

1.2 群体智能算法-1

1.3 研究现状-2

1.3.1 灰狼算法-2

1.3.2 泵站优化运行-3

1.4 研究内容-4

2 灰狼算法概述-5

2.1 灰狼算法原理-5

2.1.1 包围-6

2.1.2 狩猎-7

2.1.3 攻击-8

2.1.4 灰狼算法步骤-8

2.2 灰狼算法特点-9

3 灰狼算法的改进-11

3.1 自适应灰狼头狼-11

3.2 优化头狼局部搜索-12

3.3 收敛因子a的改进-13

3.4 改进灰狼算法的步骤-13

4 基于灰狼算法的泵站优化运行计算分析-16

4.1 工程介绍-16

4.2 数据库的建立-17

4.2.1 单座泵站运行方案数据库的建立-17

4.2.2 河道输水数据库的建立-21

4.3 改进灰狼算法的泵站优化运行计算-22

4.3.1 数学模型的建立-22

4.3.2 模型的求解方法-23

4.4 仿真计算结果分析-26

4.4.1 泵站系统整体优化与主机组优化对比-26

4.3.2 改进灰狼算法与狼群算法对比-27

4.4 GUI界面展示-30

4.4.1 软件界面介绍-30

4.4.2 软件运行举例-32

5 总结与展望-35

5.1 研究总结-35

5.2 研究展望-35

参考文献-37

致谢-40