[發明專利]一種基于GPU加速的并聯水庫群防洪優化調度方法

有效

• 申請號: 201810314891.6
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108564213B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 曾志強;雷曉輝;楊明祥;蔣云鐘;王浩;權錦;劉珂;田雨;張夢婕
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 梁艷

本發明公開了一種基于GPU加速的并聯水庫群防洪優化調度方法，涉及水庫調度技術領域。該方法，首先構建并聯水庫群優化調度問題，確定優化變量、優化變量個數、約束條件和防洪調度目標函數，然后采用PSO算法對水庫群調度過程進行優化，并以CUDA為編程架構，采用GPU對PSO算法進行加速求解。所以，采用本發明實施例提供的優化調度方法，不僅在解決“維數障礙”和調度效率問題中，避免了大量進程間的通訊和復雜管理損耗問題的出現，而且極大的降低了硬件成本。

技術領域

本發明涉及水庫調度技術領域，尤其涉及一種基于GPU加速的并聯水庫群防洪優化調度方法。

背景技術

水庫調度是防洪減災的重要非工程措施，高效的水庫調度對防洪、航運、發電、供水等有著積極的促進作用。隨著水庫數量的增加和防洪的迫切需求，水庫群聯合調度成為一種趨勢。水庫群聯合調度不僅是實現水資源可持續利用的基礎，也是實現流域內水文補償、庫容補償、電力補償及綜合利用效益的必要條件。然而，水庫數量巨增也帶來了水庫群調度“維數障礙”問題，即模型的計算變量變得更大、求解更困難。同時，高效的水庫群防洪優化調度才能為防洪搶險贏得寶貴的時間。

目前，為了解決“維數障礙”和調度效率問題，主要從算法改進和硬件提升兩方面進行了改進。其中，算法改進主要是將算法并行化，硬件提升主要是增強CPU的性能。但是，對于一個復雜的調度模型，為了滿足并行計算的要求，需要啟動數千個線程進行計算，在傳統的基于CPU的并行平臺上啟動如此多的線程將會導致大量進程間的通訊和復雜管理損耗；而且，傳統并行計算所需的硬件成本過高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于GPU加速的并聯水庫群防洪優化調度方法，從而解決現有技術中存在的前述問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于GPU加速的并聯水庫群防洪優化調度方法，所述方法包括：

S1，確定并聯水庫群；

S2，獲取所述并聯水庫群中各水庫的約束條件、優化變量、優化變量個數以及防洪調度目標函數；

S3，根據約束條件、優化變量和優化變量個數，利用PSO算法對防洪調度目標函數求解，得到并聯水庫群下游最大過流量，其中，采用GPU對粒子群優化算法進行加速求解。

優選地，S2中，所述防洪調度目標函數為：

式中，為并聯水庫群下游共同防洪控制點的最大流量；Q_n(t)為第t時段末第n個水庫下泄流量經過洪水演進計算到達下游防洪控制點的平均流量；N為并聯水庫群中水庫個數；T為調度時段總數。

優選地，S2中，所述優化變量為并聯水庫群在調度期內各個時刻末的水位過程線Z_n(t)(t＝1,2,…,T；n＝1,2,..,N)，所述優化變量個數為水庫個數與調度時段總數的積，即為水庫個數N與調度時段總數T的乘積NT。

優選地，S2，所述約束條件包括：

ⅰ、下式所示的水庫水位-庫容關系曲線：

V＝S_n(z) (3)

式中，水庫的水位z為第n個水庫的水位，V為第n個水庫的庫容；

ⅱ、下式所示的水庫水量平衡約束：

式中，V_n(t-1)表示第n個水庫在第t時段初的庫容，V_n(t)分別表示第n個水庫在第t時段末的庫容，表示第t時段末第n個水庫的入庫流量，表示第t時段末第n個水庫的下泄流量，Δt為計算時段的長度；