一種并聯(lián)水庫群優(yōu)化調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及水利電力技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種并聯(lián)水庫群優(yōu)化調(diào)度方法，包括以下步驟，步驟S101：暴雨中心位置確定；步驟S102：選擇模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度；步驟S103：確定并聯(lián)水庫的規(guī)則形式；步驟S104：構(gòu)成調(diào)度方案集；步驟S105：調(diào)度方案確定。采用上述方法后，本發(fā)明可根據(jù)暴雨中心的分布生成各水庫對(duì)應(yīng)單目標(biāo)流域多目標(biāo)的聯(lián)合調(diào)度規(guī)則；另外，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于并聯(lián)水庫群生成多目標(biāo)調(diào)度規(guī)則，使水庫調(diào)度決策更穩(wěn)健和優(yōu)越，適應(yīng)水庫中長期調(diào)度。
【專利說明】
一種并聯(lián)水庫群優(yōu)化調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及水利電力技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種并聯(lián)水庫群優(yōu)化調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水庫是人類利用水資源的重要手段，隨著水庫數(shù)量的增加，有效調(diào)度運(yùn)用水庫群 實(shí)現(xiàn)防洪、發(fā)電、航運(yùn)、供水等多方面的功能與任務(wù)，成為促進(jìn)社會(huì)文明進(jìn)步的重要手段之 一。水庫群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度技術(shù)是實(shí)現(xiàn)水庫群正常運(yùn)行的必備手段之一。采用水庫群聯(lián)合優(yōu) 化調(diào)度技術(shù)管理水庫群運(yùn)行，具有投資少、效益大、需求高以及前景廣等優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 中國發(fā)明專利CN 105427052 A公開了一種基于參考線的并聯(lián)水庫確定性優(yōu)化調(diào) 度方法，包括以下步驟：（1)確定調(diào)度期；（2)建立水庫群確定性長期優(yōu)化調(diào)度發(fā)電量最大模 型；（3)確定水庫群初始參考線和初始調(diào)度方案；（4)判斷初始調(diào)度方案是否可行。此發(fā)明將 水庫最小決策限制線和防棄水線結(jié)合起來使用，可準(zhǔn)確確定水庫增發(fā)單位出力引起的不蓄 電能損失值(K值)計(jì)算的起始和終止時(shí)刻，不要求各水庫使用同一的調(diào)度起始和終止時(shí)刻， 避免了個(gè)水庫蓄、供水期劃分的不同對(duì)調(diào)度結(jié)果的影響;將專家經(jīng)驗(yàn)和水庫調(diào)度理由相結(jié) 合，避免了水庫群調(diào)度"維數(shù)障礙"問題，適用于大規(guī)模并聯(lián)水庫群優(yōu)化調(diào)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種根據(jù)雨情提取防洪和發(fā)電相耦合的并聯(lián) 水庫群優(yōu)化調(diào)度方法。
[0005] 為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的一種并聯(lián)水庫群優(yōu)化調(diào)度方法，包括以下步驟，
[0006] 步驟S101:暴雨中心位置確定，根據(jù)實(shí)時(shí)雨情信息和洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)確定并聯(lián)水庫 群流域的暴雨中心位置；
[0007] 步驟S102:選擇模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，根據(jù)暴雨中心的位置，不同支流選擇不同的模 型進(jìn)行不同控制目標(biāo)的優(yōu)化調(diào)度；
[0008] 步驟S103:確定并聯(lián)水庫的規(guī)則形式，根據(jù)并聯(lián)支流水庫的分布情況和基本參數(shù) 確定對(duì)應(yīng)并聯(lián)水庫的規(guī)則形式；
[0009] 步驟S104:構(gòu)成調(diào)度方案集，不同支流水庫設(shè)置不同的約束條件和目標(biāo)函數(shù)，通過 多目標(biāo)遺傳算法得到一系列的并聯(lián)水庫群調(diào)度規(guī)則，構(gòu)成該并聯(lián)水庫群對(duì)應(yīng)一場(chǎng)洪水的調(diào) 度方案集；
[0010]步驟S105:調(diào)度方案確定，基于調(diào)度方案集，確定最終的調(diào)度方案。
[0011] 進(jìn)一步的，所述步驟SlOl中所述暴雨中心位置根據(jù)各支流水庫的面洪量大小確 定，所述面洪量為各支流上水庫同時(shí)期各時(shí)段的洪水實(shí)測(cè)歷史值和預(yù)報(bào)入庫流量總和/廣 與對(duì)應(yīng)的集雨面積Si的比值。
[0012] 進(jìn)一步的，所述步驟S102中不同的支流選用不同的模型進(jìn)行優(yōu)化具體包括暴雨中 心所在的支流以防洪為主要目標(biāo)，對(duì)應(yīng)模型一選取最大削峰準(zhǔn)則作為控制目標(biāo);其他的支 流則以發(fā)電為主要目標(biāo)，對(duì)應(yīng)模型二選取發(fā)電量最大作為控制目標(biāo)；同時(shí)，其他支流各自的 防洪控制點(diǎn)流量作為約束條件，選取并聯(lián)水庫群最終的防洪控制點(diǎn)最大削峰單獨(dú)作為一個(gè) 目標(biāo)。
[0013] 進(jìn)一步的，所述步驟S103中水庫調(diào)度規(guī)則形式是根據(jù)水庫群的分布情況、歷史入 庫流量信息、水庫特征進(jìn)行初步設(shè)定，包括優(yōu)化調(diào)度圖、多元線性回歸調(diào)度規(guī)則、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 調(diào)度規(guī)則或支持向量機(jī)調(diào)度規(guī)則。
[0014] 進(jìn)一步的，步驟S104中，針對(duì)非暴雨中心所在的支流，發(fā)電量是主要控制目標(biāo)，但 對(duì)應(yīng)支流的防洪控制點(diǎn)作為約束條件，控制不給下游造成損失。
[0015] 采用上述方法后，本發(fā)明可根據(jù)暴雨中心的分布生成各水庫對(duì)應(yīng)單目標(biāo)流域多目 標(biāo)的聯(lián)合調(diào)度規(guī)則;另外，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于并聯(lián)水庫群生成多目標(biāo)調(diào)度規(guī)則，使水庫調(diào) 度決策更穩(wěn)健和優(yōu)越，適應(yīng)水庫中長期調(diào)度。
【附圖說明】
[0016] 下面將結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0017] 圖1為本發(fā)明一種并聯(lián)水庫群優(yōu)化調(diào)度方法的流程圖。
[0018]圖2為本發(fā)明多目標(biāo)遺傳算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 如圖1所示，本發(fā)明的一種并聯(lián)水庫群優(yōu)化調(diào)度方法，包括以下步驟，
[0020] 步驟S101:暴雨中心位置確定，根據(jù)實(shí)時(shí)雨情信息和洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)確定并聯(lián)水庫 群流域的暴雨中心位置。首先確定并聯(lián)總數(shù)N，分別計(jì)算各支流上水庫同時(shí)期各時(shí)段的 洪水實(shí)測(cè)歷史值和預(yù)報(bào)入庫流量總和
與對(duì)應(yīng)的集雨面積S1，計(jì)算各個(gè)支流的面洪量
奪比較其大小，面洪量最大的支流則為流域暴雨中心分布的支流。
[0021] 步驟S102:選擇模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，根據(jù)暴雨中心的位置，不同支流選擇不同的模 型進(jìn)行不同控制目標(biāo)的優(yōu)化調(diào)度。暴雨中心所在的支流以防洪為主要目標(biāo)，在控制水庫最 高水位的前提下，以下游防護(hù)點(diǎn)的最大流量最小作為防洪調(diào)度方案最優(yōu)性的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。即 在滿足大壩(或庫區(qū)）防洪安全條件下，盡量滿足下游防洪要求，以使洪峰流量得到最大程 度的削減。其他的支流則以發(fā)電為主要目標(biāo)，對(duì)應(yīng)模型二選取發(fā)電量最大作為控制目標(biāo);同 時(shí)，其他支流各自的防洪控制點(diǎn)流量作為約束條件，選取并聯(lián)水庫群最終的防洪控制點(diǎn)最 大削峰單獨(dú)作為一個(gè)目標(biāo)。
[0022] 步驟S103:確定并聯(lián)水庫的規(guī)則形式，根據(jù)并聯(lián)支流水庫的分布情況和基本參數(shù) 確定對(duì)應(yīng)并聯(lián)水庫的規(guī)則形式?？筛鶕?jù)水庫群的分布情況、歷史入庫流量信息、水庫特征 等，初步設(shè)定水庫調(diào)度規(guī)則形式為優(yōu)化調(diào)度圖、多元線性回歸調(diào)度規(guī)則、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度規(guī)則 或支持向量機(jī)調(diào)度規(guī)則。本步驟多種水庫調(diào)度規(guī)則的設(shè)定屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不作贅述。
[0023] 步驟S104:構(gòu)成調(diào)度方案集，不同支流水庫設(shè)置不同的約束條件和目標(biāo)函數(shù)，通過 多目標(biāo)遺傳算法得到一系列的并聯(lián)水庫群調(diào)度規(guī)則，構(gòu)成該并聯(lián)水庫群對(duì)應(yīng)一場(chǎng)洪水的調(diào) 度方案集。暴雨中心所在的支流以防洪為主要目標(biāo)，目標(biāo)函數(shù)是：
[0024]
(I)
[0025] 式中：^Ciax為下游防護(hù)點(diǎn)最大流量的最小值，(f(t)為出庫流量經(jīng)河道調(diào)蓄后演算 到下游防護(hù)點(diǎn)的流量，為水庫至下游防護(hù)點(diǎn)之間的匯入流量，T為時(shí)段數(shù)。
[0026] 釷對(duì)韭臬雨中心所亦的令·流，發(fā)電量縣Φ専控制目標(biāo)，目標(biāo)函數(shù)是：
[0027]
(2)
[0028] 式中#為調(diào)度期T內(nèi)的總發(fā)電量，Pp°TO1:(t)為水庫對(duì)應(yīng)時(shí)段的出力，AT(t)為時(shí)段 長度。
[0029] 同時(shí)，其他支流各自的防洪控制點(diǎn)流量作為約束條件，控制不給下游造成損失。
[0030] 最后選取并聯(lián)水庫群最終的防洪控制點(diǎn)最大削峰單獨(dú)作為一個(gè)目標(biāo)，目標(biāo)函數(shù)是：
[0031]
(3)
[0032] 式中：為最終防護(hù)點(diǎn)最大流量的最小值，為第j條支流的出庫流量經(jīng)河 道調(diào)蓄后演算到最終防護(hù)點(diǎn)的流量，Ig(t)為N條支流上的水庫至最終防護(hù)點(diǎn)之間的匯入流 量，N為支流總數(shù)。
[0033]三個(gè)模型的約束條件集合為：
[0034] (1)水量平衡約束：
[0035] Vj(t+l)=Vj(t) + (Ij(t)-〇j(t)) Δ t+Δ ε (4)
[0036] 式中：Vj(t+1)為t+1時(shí)段初j水庫的庫容;Vj(t)為t時(shí)段初j水庫的庫容；Ij(t)為t 時(shí)段j水庫的入庫流量，m3/s;0j(t)為t時(shí)段j水庫的出庫流量；△ ε為蒸發(fā)、滲漏等損失水量， 可不計(jì)。
[0037] (2)庫容約束：
[0038] VLj(t)^Vj(t)^VUj(t) (5)
[0039] 式中:VLj(t)為t時(shí)段j水庫的最小庫容;VUj(t)為t時(shí)段j7K庫的允許達(dá)到的最大庫容。
[0040] (3)庫容曲線約束：
[0041] Zj(t) = fzv(Vj(t)) (6)
[0042] 式中：Zj(t)為t時(shí)段j水庫的壩前水位，m;fzv( ·)為水位庫容曲線函數(shù)。
[0043] (4)水庫出庫流量約束：
[0044] 0Lj(t)^0j(t)^0Uj(t) (7)
[0045] 式中：OLj(t)為t時(shí)段j水庫的最小出庫流量，一般由下游灌溉航運(yùn)、供水或者航運(yùn) 要求提出，在本次防洪調(diào)度研究中，不予考慮;OUKt)為t時(shí)段j水庫的最大出庫流量，一般 根據(jù)下游防洪要求、水庫最大泄流能力等給出。
[0046] (5)河道匯流約束：
[0047] 〇；(0 = C0Ojit) + CiOjit -1) + c2o)it -1) (8)
[0048]式中：Co J1J2為水庫到下游控制點(diǎn)的馬斯京根河道匯流系數(shù)；《(〇為t時(shí)段j水 庫出庫流量經(jīng)演算至下游斷面的流量。
[0049] (6)有下游防洪任務(wù)時(shí)約束：
[0050]
(9)
[0051] 式中：Iqj(t)為t時(shí)段防護(hù)點(diǎn)前的匯流;Qan為防護(hù)點(diǎn)的安全流量。
[0052] (7)發(fā)電機(jī)組過流約束：
[0053]
(10)
[0054] 式中：⑴為t時(shí)段j水庫發(fā)電機(jī)組發(fā)電引用流量；O=J⑴為t時(shí)段j水庫發(fā)電 機(jī)組最小流量要求；為t時(shí)段j水庫發(fā)電機(jī)組最大過機(jī)流量。
[0055] (8)發(fā)電機(jī)組出力約束：
[0056]
(11)
[0057]式中：if^(o為t時(shí)段j水庫發(fā)電機(jī)組出力；⑴，分別為t時(shí)段j水 庫發(fā)電機(jī)組最小和最大出力限制。
[0058] 如圖2所示，采用多目標(biāo)遺傳算法NSGA-II進(jìn)行求解計(jì)算。
[0059] NSGA-II算法(帶精英策略的非支配排序遺傳算法)提高了快速非支配排序算法； 引入精英策略，擴(kuò)大采樣空間;采用擁擠度和擁擠度算子使得Pareto域中個(gè)體均勻擴(kuò)展，保 證了種群的多樣性。算法的流程如附圖2所示，主要包括以下步驟：
[0060] (1)隨機(jī)生成規(guī)模(容量)為P的初始種群；
[0061] (2)計(jì)算各個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)，基于各目標(biāo)進(jìn)行快速分層非劣排序；
[0062] (3)根據(jù)個(gè)體的等級(jí)，賦予每個(gè)個(gè)體適應(yīng)度函數(shù)；
[0063] (4)通過精英保留選擇、交叉、變異等策略生成下一代種群；
[0064] (5)將父代和子代種群合并；
[0065] (6)將種群進(jìn)行快速分層非劣排序；
[0066] (7)選擇最好的解進(jìn)入新的種群(容量為p);
[0067] (8)如果處于同一級(jí)別的個(gè)體很多，則計(jì)算這些個(gè)體的密集度函數(shù)，使得進(jìn)入新種 群的個(gè)體廣泛的分布在該層上；
[0068] (9)重復(fù)步驟(4)-(8)直到停止條件滿足為止(一般設(shè)定為迭代次數(shù)）。
[0069] 將每個(gè)水庫都設(shè)定一個(gè)調(diào)度規(guī)則，找出所有的優(yōu)化變量及相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)，輸入 至NSGA-II算法中，通過交叉變異選擇后，得到一組Pareto前沿，即洪水的調(diào)度方案集。
[0070] 步驟S105:調(diào)度方案確定，基于調(diào)度方案集，根據(jù)發(fā)電效益或者防洪安全確定最終 的調(diào)度方案。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種并聯(lián)水庫群優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于，包括以下步驟， 步驟S101:暴雨中心位置確定，根據(jù)實(shí)時(shí)雨情信息和洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)確定并聯(lián)水庫群流 域的暴雨中心位置； 步驟S102:選擇模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，根據(jù)暴雨中心的位置，不同支流選擇不同的模型進(jìn) 行不同控制目標(biāo)的優(yōu)化調(diào)度； 步驟S103:確定并聯(lián)水庫的規(guī)則形式，根據(jù)并聯(lián)支流水庫的分布情況和基本參數(shù)確定 對(duì)應(yīng)并聯(lián)水庫的規(guī)則形式； 步驟S104:構(gòu)成調(diào)度方案集，不同支流水庫設(shè)置不同的約束條件和目標(biāo)函數(shù)，通過多目 標(biāo)遺傳算法得到一系列的并聯(lián)水庫群調(diào)度規(guī)則，構(gòu)成該并聯(lián)水庫群對(duì)應(yīng)一場(chǎng)洪水的調(diào)度方 案集； 步驟S105:調(diào)度方案確定，基于調(diào)度方案集，確定最終的調(diào)度方案。2. 按照權(quán)利要求1所述的一種并聯(lián)水庫群優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于:所述步驟S101中 所述暴雨中心位置根據(jù)各支流水庫的面洪量大小確定，所述面洪量為各支流上水庫同時(shí)期 各時(shí)段的洪水實(shí)測(cè)歷史值和預(yù)報(bào)入庫流量總和/廠與對(duì)應(yīng)的集雨面積比值。3. 按照權(quán)利要求1所述的一種并聯(lián)水庫群優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于:所述步驟S102中 不同的支流選用不同的模型進(jìn)行優(yōu)化具體包括暴雨中心所在的支流以防洪為主要目標(biāo)，對(duì) 應(yīng)模型一選取最大削峰準(zhǔn)則作為控制目標(biāo);其他的支流則以發(fā)電為主要目標(biāo)，對(duì)應(yīng)模型二 選取發(fā)電量最大作為控制目標(biāo)；同時(shí)，其他支流各自的防洪控制點(diǎn)流量作為約束條件，選取 并聯(lián)水庫群最終的防洪控制點(diǎn)最大削峰單獨(dú)作為一個(gè)目標(biāo)。4. 按照權(quán)利要求1所述的一種并聯(lián)水庫群優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于:所述步驟S103中 水庫調(diào)度規(guī)則形式是根據(jù)水庫群的分布情況、歷史入庫流量信息、水庫特征進(jìn)行初步設(shè)定， 包括優(yōu)化調(diào)度圖、多元線性回歸調(diào)度規(guī)則、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度規(guī)則或支持向量機(jī)調(diào)度規(guī)則。5. 按照權(quán)利要求1所述的一種并聯(lián)水庫群優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于:步驟S104中，針 對(duì)非暴雨中心所在的支流，發(fā)電量是主要控制目標(biāo)，但對(duì)應(yīng)支流的防洪控制點(diǎn)作為約束條 件，控制不給下游造成損失。
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK106056267SQ201610309183
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】張靖文, 雷曉輝, 廖衛(wèi)紅, 王旭, 秦韜, 蔡思宇, 譚喬鳳
【申請(qǐng)人】中國水利水電科學(xué)研究院