基于具有分阶段搜索策略的改进蛇优化器的同质与异质并联泵送系统能效优化

《Sustainability》：Energy-Efficient Optimization of Homogeneous and Heterogeneous Parallel Pumping Systems Using an Improved Snake Optimizer with Stage-Wise Search Strategies

　　

摘要

在不同需求下，并联泵送系统中的泵状态、负荷分配、速度设置和供水压力之间存在强耦合关系。本研究通过整合连续泵性能建模、硬水力可行性约束处理、混合变量优化以及需求依赖的压力调节，为同构和异构三支路系统开发了一个稳态能效优化框架。通过针对种群初始化、全局探索和局部开发的特定策略，构建了一种改进蛇优化器（ISO）。基于 LVR5-5 和 CDL3-50 实验数据建立的流量 - 扬程和流量 - 功率模型，在 40 个实施的稳态方案中实现了总功率平均绝对百分比误差（MAPE）为 2.36% 和 R² = 0.9972。所有有效泵状态组合的确定性约束解被用作泵送系统优化的参考。在相同的 21,000 次函数评估预算下，ISO、SO、PSO、DE 和 GA 完成了 1500 次独立运行；ISO 取得了最佳的总体搜索性能，所有 300 次运行都达到了参考解的 0.1% 邻域，并具有最低的平均 NAUC 和最终差距。在两种压力控制模式下均使用 ISO，与相同最小服务压力要求下的恒压运行相比，变压运行使同构和异构系统的平均功耗分别降低了 10.92% 和 7.51%。结果表明，将高质量的混合变量优化与需求依赖的压力调节相结合，可以有效提高并联泵送系统的稳态能效。