在现代城市中,大量的工业废水、生活污水和降雨产生的径流都需经过城市排水管网系统运送处理,以保障除涝安全和避免污水溢流污染。但是,受到水泵排水能力、排水管道储水能力等因素的影响,当排水量突增或发生强降雨情况时,排水系统易发生污水溢流,造成水体环境污染并影响人类健康。城市排水管网系统是存在流量不确定性、非线性和时滞特性的复杂网络。由于工业废水、生活污水和降雨均有很强的不确定性,排水水泵的控制往往偏于保守,造成系统能耗较高。因而研究城市排水管网优化控制策略具有节能降耗及城市环保双重意义。本文针对上述背景,研究城市排水系统的节能优化控制,包括基于水泵非线性特性的不同优化控制策略以及城市排水管网系统中泵站位置的选取,并在此基础上进行预测控制仿真。本文具体工作如下:(1)在城市排水系统建模的基础上,建立水泵工作特性模型,提出基于水泵非线性特性的城市排水系统节能优化算法。该算法利用水泵非线性特性模型计算水泵工作状态及系统能耗,采用预测控制算法对系统进行集中优化控制。通过与采用传统控制算法的管网系统排水过程进行动态仿真对比,表明基于水泵非线性特性的优化算法相比于传统优化算法有望更好地避免排水系统发生溢流并降低系统能耗。(2)采用部分分散预测控制对排水系统进行节能优化控制,在保证排水系统不发生溢流且耗能较低的基础上,降低算法的求解复杂度。针对具体案例进行MATLAB仿真,并与集中控制算法对比分析。由仿真结果可见,采用分散控制策略的排水系统求解优化问题的仿真时间明显降低,并且水泵的工作状态更加稳定。(3)采用混杂优化策略对城市排水系统泵站位置选取问题建模,求解该优化问题可得管网中水泵安置的合理位置,以使用更少的水泵达到节能优化效果。将该算法与不优化水泵安置位置的节能优化算法进行仿真对比,实验结果表明,该优化算法有望在减少城市排水系统中水泵数目的情况下,保证系统不发生污水溢流,并达到降低系统能耗的目标。