[發明專利]一種山丘區“長藤結瓜”型多水庫系統水資源優化調度方法

有效

• 申請號: 201910918556.1
• 申請日: 2019-09-26
• 公開（公告）號: CN110675281B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 程吉林;龔志浩;蔣曉紅;龔懿;陳興
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G06Q50/06
• 分類號: G06Q50/06
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 許必元

1.一種山丘區“長藤結瓜”型多水庫系統水資源優化調度方法，其特征在于，包括優化調度系統，優化調度系統由1座大中型骨干水庫和n座小型水庫及其輸水渠道組成；其中，n座小型水庫與大中型骨干水庫經輸水渠道貫通連接，各水庫獨立地向各自的灌區供水，小型水庫水量不足時，可通過輸水渠道從骨干水庫引水補庫；

優化調度系統優化調度方法包括以下步驟：

(1)獲取以下資料，具體包括：

①灌區水庫調度通常劃分的時段數T；

②代表年內所有水庫各時段的來水量LS_i,t(i＝1,2,…,n+1，t＝1,2,…,T)；

③代表年內所有灌區各時段的需水量YS_i,t(i＝1,2,…,n+1，t＝1,2,…,T)；

④所有水庫的特性資料：水庫初始庫容V_i,0，庫容上限和下限(i＝1,2,…,n+1，t＝1,2,…,T)；

(2)系統分解，將多水庫系統水資源優化調度模型分解為n+1個單水庫子系統水資源優化調度模型：

目標函數：

式中：f_i為水庫i年內各時段缺水量平方和；X_i,t為水庫i第t時段的供水量；YS_i,t為灌區i第t時段的需水量；

約束條件：

式中：W_i為水庫i的年可供水量；

式中：V_i,t分別為水庫i在t時段末的蓄水量；為水庫i在時段t的蓄水量下限；為水庫i在時段t的蓄水量上限；

V_1,t＝V_1,t-1+LS_1,t-X_1,t-Z_1,t-PS_1,t-EF_1,t?????????????????(4)

式中：V_1,t為骨干水庫在t時段末的蓄水量；LS_1,t為骨干水庫在時段t的入庫徑流量；Z_1,t為骨干水庫在時段t的外調水量；PS_1,t,為骨干水庫在時段t的棄水量；EF_1,t為骨干水庫在時段t的水量損失；

V_i,t＝V_i,t-1+LS_i,t-X_i,t+Y_i,t-PS_i,t-EF_i,t

(i＝2,3,···,n+1)??????????(5)

式中：LS_i,t為小型水庫i在時段t的入庫徑流量；Y_i,t為小型水庫i在時段t內的補水量；PS_i,t,為小型水庫i在時段t的棄水量；EF_i,t為小型水庫i在時段t的水量損失；

(3)子系統優化；

令水庫i的年可供水量W_i在之間，按滿足系統調度精度要求的步長d離散，采用動態規劃對水庫i子系統進行優化，獲得水庫i在不同W_i下的年內各時段缺水量平方和f_i及其對應的供水量過程X_i,t、棄水量過程PS_i,t、補水量過程Y_i,t或調水量過程Z_1,t；

(4)系統聚合；

根據子系統優化所獲得的一系列f_i～W_i的關系，構建大系統聚合模型：

目標函數：

約束條件：

式中：F為整個多水庫系統年內各時段缺水量平方和；

以W_i為決策變量，采用動態規劃求解上述聚合模型，即可獲得系統中各水庫最佳的年可供水量[W₁^*,W₂^*,…,W_n+1^*]；最后根據各水庫最佳的年可供水量W_i^*反查子系統優化結果，確定各水庫最佳的調度方案，包括最佳的供水量過程X_i,t^*、棄水量過程PS_i,t^*、補水量過程Y_i,t^*和調水量過程Z_1,t^*。

2.根據權利要求1所述的一種山丘區“長藤結瓜”型多水庫系統水資源優化調度方法，其特征在于，所述步驟(4)將多水庫系統分解后所得到的單水庫子系統采用動態規劃進行聚合，具體步驟如下：

(1)對于編號i＝n+1的水庫

φ_n+1(δ_n+1)＝min?f_n+1(W_n+1)???????????????????(8)

式中，φ_n+1表示編號為n+1的水庫的最小年缺水量；δ_n+1為狀態變量，表示編號為n+1的水庫的年可供水量，在可行域內以步長d離散；對每個離散的δ_n+1，決策變量W_n+1在對應可行域[0,δ_n+1]內按步長d離散，分別確定對應于每個δ_n+1值，最優W_n+1及其對應的子系統目標函數值f_n+1(W_n+1)；

(2)對于編號為i＝n,n-1,…,2的水庫

φ_i(δ_i)＝min[f_i(W_i)+φ_i+1(δ_i+1)]???????????????????(9)

式中，φ_i表示編號i～n+1個水庫的最小年缺水量平方和；狀態變量δ_i為編號i～n+1個水庫的年可供水總量，同樣將其在可行域內按步長d分別進行離散；對每一個離散的δ_i，決策變量W_i在對應可行域內[0,δ_i]按步長d離散；

狀態轉移方程：

δ_i+1＝δ_i-W_i????????????????????????(10)

式中：i＝n，n-1，…，2；

對每一個離散的δ_i，將各離散的W_i值分別代入式(9)中的f_i(W_i)，由狀態轉移方程式(10)，對每一個離散的W_i，查找最小的φ_i+1(δ_i+1)值，由此可獲得f_i(W_i)+φ_i+1(δ_i+1)，完成以上所有離散的W_i尋優后，最終可獲得滿足min[f_i(W_i)+φ_i+1(δ_i+1)]要求的編號i～n+1個水庫最小缺水量平方和φ_i(δ_i)值及其對應的各水庫最優年可供水量W_i；

(3)對于骨干水庫，即i＝1

φ₁(δ₁)＝min[f₁(W₁)+φ₂(δ₂)]?????????????(11)

式中，φ₁表示編號1～n+1個水庫的最小年缺水量平方和；狀態變量δ₁為編號1～n+1個水庫的年可供水總量，同樣將其在可行域內以步長d分別進行離散；對每一個離散的δ₁，決策變量W₁在對應可行域內[0,δ₁]按步長d離散；

狀態轉移方程：

δ₂＝δ₁-W₁?????????????????????????(12)

對每一個離散的δ₁，將各離散的W₁值分別代入式(11)中的f₁(W₁)，由狀態轉移方程式(12)，對每一個離散的W₁，查找最小φ₂(δ₂)值，由此可獲得f₁(W₁)+φ₂(δ₂)，完成以上所有離散的W₁尋優后，最終可獲得滿足min[f₁(W₁)+φ₂(δ₂)]要求的編號1～n+1個水庫的最小缺水量平方和φ₁(δ₁)值，并獲得滿足該δ₁要求的水庫最佳年可供水量W_i，i＝1,2,…,n+1，以及整個多水庫系統的目標函數最優值F＝minφ₁(δ₁)。