[發明專利]一種基于大系統理論時間及空間分解協調的水庫調度方法

有效

• 申請號: 201810331067.1
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108520323B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 董增川;周濤;黃志鴻;高曉琦;林夢然;陳新穎
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明的一種基于大系統理論時間及空間分解協調的水庫調度方法，包括以下步驟：(1)針對發電和供水目標分別對復雜系統進行空間分解；(2)針對發電和供水目標分別對系統進行近一步時間分解；(3)將子系統的拉格朗日函數作為其目標函數，寫出子系統的約束條件；(4)建立協調級尋優算法；(5)進行收斂條件判斷。本發明將空間分解技術與時間分解技術耦合，并針對他們在各個興利目標應用時的特點進行處理，進一步提高了大系統遞階控制與分解協調理論在水庫群優化調度中應用的可靠性與可行性，促進了水庫調度的發展。

技術領域

本發明屬于水庫優化調度技術領域，尤其涉及一種基于大系統理論時間及空間分解協調的水庫調度方法。

背景技術

水庫群的優化調度研究，由于動態規劃法對目標函數和約束條件限制較少，可求得全調度期內的最優解在國內外得到了廣泛應用。但動態規劃存在“維數災”問題。對此應用大系統遞階控制和分解協調原理進行庫群優化調度是一種有效的途徑。

大系統遞階控制和分解協調技術依據強對偶定理將一個決策變量多，目標函數和約束條件復雜的大系統分解為幾個較為簡單的子系統(圖1)。各個子系統的目標函數滿足加性可分離原則，且各個子系統拉格朗日函數的最優解之和嚴格為大系統拉格朗日函數的最優解。

在空間分解中，依據水庫的連接方式可以分為并聯和串聯兩種形式處理，對于并聯水庫將他們共同承擔的興利任務(如下游用水戶或最低發電負荷)作為耦合變量添加KT乘子構造大系統的拉格朗日函數。

目前，已經有學者研究了大系統遞階控制與分解協調理論在梯級水庫發電優化調度中的應用。然而他們大多只局限于空間上的分解，沒有將時間與空間分解進行耦合；另外也沒有針對大系統分解協調理論在處理水庫供水任務或其他興利目標的情況進行研究。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明目的是提供一種基于大系統理論時間及空間分解協調的水庫調度方法，針對水庫群發電和供水的優化調度問題，從大系統遞階控制與分解協調理論出發來降低問題的維度，建立更加符合實際的數學模型同時有利于加深對系統行為的認識。

為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現：

本發明的一種基于大系統理論時間及空間分解協調的水庫調度方法，包括以下步驟：

(1)針對發電和供水目標分別對決策變量多并且結構復雜的復雜大系統進行空間分解，根據各個水庫的控制流域將水庫群大系統分成各個獨立的單水庫子系統：

將單水庫子系統的下泄流量作為決策變量，引入KT乘子作為協調變量進行協調，對串聯水庫引入Lagrange乘子λ進行等式約束下的尋優以保證子系統之間滿足水量平衡約束，對并聯水庫引入KT乘子μ進行不等式約束條件下的尋優；

(2)針對發電和供水目標分別對單水庫子系統進行進一步時間分解：將子系統的初、末蓄水量作為決策變量，引入Lagrange乘子ν作為協調變量進行協調，通過給不同的缺水階段添加不同的權重，從而進一步考慮子系統的供水任務邊際效應的影響；

(3)將子系統的拉格朗日函數作為其目標函數，寫出子系統的約束條件；

(4)建立協調級尋優算法；

(5)進行收斂條件判斷：首先判斷得到的解是否滿足KKT收斂條件，若滿足KKT條件則直接輸出為全局最優解，若不滿足則根據調度目標通過協調級對解做相應的調整進行進一步迭代。

對于步驟(1)的空間分解，針對發電和供水兩個興利目標分別進行處理，將空間分解為N個子系統，其拉格朗日函數寫作加性可分離形式分別是：