[發明專利]一種基于嵌套降維算法的梯級水庫水沙聯合優化調度方法

有效

• 申請號: 201710619785.4
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107491635B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 彭楊;于顯亮;吳志毅;張繼鵬
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

本發明屬于水庫興利調度與泥沙淤積計算領域，尤其涉及一種基于嵌套降維算法的梯級水庫水沙聯合優化調度方法。本發明針對梯級水庫水沙聯合優化調度多階段、多目標且泥沙計算年限長等特點，以降低計算維數、減少尋優計算工作量和縮短計算時間為目的，提出一種基于嵌套降維算法的梯級水庫水沙聯合優化調度方法，通過建立梯級水庫水沙多目標優化調度模型可較好地模擬梯級水庫發電與泥沙淤積之間的非劣關系，通過嵌套結構的逐次逼近多目標動態規劃迭代算法避免了在尋優過程中多次調用一維泥沙計算模型，從而減少計算工作量、節省計算時間，為梯級水庫水沙聯合優化調度提供有效的分析和計算方法。

技術領域

本發明屬于水庫興利調度與泥沙淤積計算領域，尤其涉及一種基于嵌套降維算法的梯級水庫水沙聯合優化調度方法。

背景技術

梯級水庫水沙聯合優化調度具有非線性、高維、多目標和多約束等特點，且泥沙沖淤計算與水庫調度計算性質完全不同、決策時段差異甚大，計算年限較長，因此在梯級水庫水沙聯合優化調度尋優過程中對泥沙沖淤進行計算求解非常復雜。目前水庫水沙聯合優化調度研究主要集中在單庫上，而對梯級水庫水沙聯合優化調度的研究較少。例如朱厚生、邱林(1992)開展了黃河上游梯級水庫群水沙調節優化調度，通過減淤權重因子將發電和減淤兩個目標轉化為單目標，但模型中減淤權重因子設置得較為模糊，且泥沙沖淤量計算方法較為簡單，是采用事先擬合好的(半)經驗關系計算。白曉華等(2002)將水庫泥沙計算模型與水庫群徑流調節計算模型相結合，對汾河流域梯級水庫群進行了水沙聯合調節計算，但其僅是在徑流調節計算之后考慮泥沙淤積對庫容曲線進行修正，僅僅探討了水資源優化方案對應的泥沙淤積情況。白夏、戚曉明等(2016)以河段輸沙水量最大為優化目標，將防洪、發電及用水等作為約束條件，建立了基于自迭代模擬優化算法的梯級水庫多目標水沙聯合模擬優化調度模型，系統分析上游來水、沿黃用水、調水調沙時段及起調水位等對龍羊峽－青銅峽梯級水庫輸沙、發電及供水等綜合利用效益的影響，但其僅是對輸沙水量進行了優化，沒有考慮該目標與其他目標之間的協調均衡關系。這些成果主要從不同角度對梯級水庫水沙聯合調度進行研究，由于問題的復雜性，有些技術人員在計算過程中對泥沙計算進行了一定簡化，采用事先擬合好的(半)經驗關系計算河段沖淤量或斷面輸沙量；有些僅僅探討了水資源優化方案對應的泥沙淤積情況，而沒有考慮水沙之間的非劣關系，或僅是對輸沙水量進行了優化，而沒有考慮該目標與其他目標之間的協調均衡關系，因而當今缺少一種成熟、有效的梯級水庫水沙優化調度求解方法。

發明內容

本發明針對梯級水庫水沙聯合優化調度多階段、多目標且泥沙計算年限長等特點，以降低計算維數、減少尋優計算工作量和縮短計算時間為目的，提出一種基于嵌套降維算法的梯級水庫水沙聯合優化調度方法,所述方法包括以下步驟：

步驟1：以梯級水庫一維泥沙沖淤計算為基礎，選取梯級水庫發電量最大、泥沙淤積量最小為目標，以水量平衡、泄流能力、蓄水能力、下游防洪安全以及水電站出力為約束，建立梯級水庫水沙多目標優化調度模型；

步驟2：分別以發電量最大和發電量最小為目標對梯級水庫進行單目標優化計算，采用逐次逼近動態規劃算法對其進行降維求解，得到梯級水庫聯合運行的發電量上限和下限；

步驟3：在由求得的發電量上下限構成的發電區間內生成N個不同的發電運行方案，來作為水沙優化調度計算的初始方案，采用嵌套結構的逐次逼近多目標動態規劃迭代算法對各初始方案逐步尋優計算，在求解過程中，將泥沙淤積量目標作為基本目標，發電目標作為約束目標，將長系列泥沙淤積的尋優問題分解為多個短系列逐次尋優，再采用多目標動態規劃迭代算法對各級水庫進行逐次尋優，在調度期內保持各方案發電量不變的情況下尋求泥沙淤積量最小。

所述嵌套結構的逐次逼近多目標動態規劃迭代算法的具體步驟為：