[發明專利]一種巨型梯級水電系統的多目標調度并行降維方法

有效

• 申請號: 201810425870.1
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN108710970B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 馮仲愷;牛文靜;夏燕;胡德超;蔣志強;陳璐;覃暉;莫莉;周建中
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06;G06N3/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明公開了一種巨型梯級水電系統的多目標調度并行降維方法，該方法包括如下步驟：在完成電站設置與參數初始化工作后，采用種群分解策略將大規模種群分解為多個互不干擾的小規模子種群，每個子種群均同時在相應線程上并行完成搜索工作；各子種群在進化過程中動態生成變異種群與交叉種群，并選擇進入下一輪進化的個體，同時選擇精英個體來更新外部檔案集合，在個體調節計算過程中采用約束集成策略減少搜索范圍；主線程收集各子種群的非劣解集并從中優選出最終的Pareto解集供調度人員決策參考。本發明可以在保證個體搜索方向多樣性與種群整體質量的同時大幅縮減計算時間，在時間維與狀態維上取得顯著的降維效果。

技術領域

本發明屬于水資源高效利用與水電系統優化調度技術領域，更具體地，涉及一種巨型梯級水電系統的多目標調度并行降維方法。

背景技術

我國水電行業近年來呈現爆炸式增長，相繼建成了三峽、小灣、龍灘、溪洛渡、向家壩等一大批巨型水電站，形成了烏江、金沙江、瀾滄江等十三大水電基地，2017年總裝機容量更是突破3.4億千瓦，遠超世界排名第二的美國(約為0.99億千瓦)，在短短幾十年內實現了從“追趕著”到“領跑者”的巨大飛躍，形成了“世界水電看中國”的靚麗風景。伴隨各大水電基地的先后投運與并網發電，我國逐步踏入水電系統大規模聯合調度運行和統一管理的新階段。然而，不同于其他水電大國，我國流域梯級水電系統普遍具有有著裝機規模大、梯級電站多、并網結構復雜、調度層級多、調節性能多變、水力-電力-動力聯系密切等獨有特征，其優化調度是一類十分典型的高維、非線性、多階段、多目標約束優化問題，所涉及的運算量與存儲量隨系統規模增大呈現非線性增長。

在求解復雜水電系統多目標調度問題時，傳統NSGA-II方法往往面臨嚴重的維數災問題與早熟收斂缺陷，難以在合理時間內獲取滿意計算結果等問題，迫切需要研究行之有效的降維優化策略來確保NSGA-II結果合理性、大幅縮短計算耗時。近年來，裝載高性能處理器的多核配置電腦硬件日益普及，再加之相繼涌現的并行框架也為并行計算提供了有利的軟件環境，因此日趨成熟的軟硬件技術使得并行計算迅猛發展，能夠在不增加降低生產投運成本的前提下大幅降低復雜優化問題運算耗時。因此，并行計算逐步發展成為電力系統、水利系統等諸多領域的前沿研究方向，這也為復雜水電優化調度任務的高效求解提供了新思路。

發明內容

針對上述缺陷，本發明目的在于提供一種巨型梯級水電系統多目標優化調度并行降維方法，以便在確保結果合理性的前提下，充分利用現代計算機技術所帶來的豐富計算資源降低運算耗時、提高運行效率，并提高方法的尋優能力。

本發明提供的一種巨型梯級水電系統的多目標調度并行降維方法，包括如下步驟：

S110根據水電系統優化調度目標和約束條件對個體進行編碼；

S120對多個子種群進行初始化獲得多個初始子種群，并從每個初始子種群提取L個個體作為初始子種群對應的外部檔案集合；

S130用并行技術同步對多個初始子種群和每個初始子種群對應的外部檔案集合進行進化操作；

S140用并行技術同步對進化處理后的多個初始子種群和多個初始子種群進行選擇操作；

S150用并行技術同步對進化處理后的多個初始子種群和多個初始子種群進行非支配排序并獲得擁擠度距離，更新多個初始子種群中的個體；根據非支配排序和擁擠度距離提取出非劣個體，并根據非劣個體和每個子種群的外部檔案集合更新每個子種群的外部檔案集合；

S160判斷是否達到迭代次數，若是，則輸出每個子種群的外部檔案集合，并轉入步驟S170；否則，更新迭代次數，轉入步驟S130；

S170將所有子種群的外部檔案集合合并獲得全局精英集合；

S180識別全局精英集合中所有個體的非支配排序，從中選取排序位于前L個的非劣個體作為最終的Pareto解集，獲得最終的Pareto解集中所有非劣個體對應的詳細調度信息。