[發(fā)明專利]梯級(jí)水庫(kù)群并行多目標(biāo)調(diào)度方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010595689.2
• 申請(qǐng)日: 2020-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN111861137A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧鵬;韓兵;周鵬程;彭程;盛玉明;張國(guó)來;楊百銀;楊子俊;馬良;彭才德;楊開斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司;水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院;中國(guó)電建集團(tuán)海外投資有限公司
• 主分類號(hào): G06Q10/06
• 分類號(hào): G06Q10/06;G06Q50/06;G06N3/00
• 代理公司: 昆明祥和知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 53114
• 代理人: 和琳

1.梯級(jí)水庫(kù)群并行多目標(biāo)調(diào)度方法，其特征在于具體步驟如下：

S1，設(shè)定水電站群特征參數(shù)及初始化算法控制參數(shù)，包括精英檔案集EliteSet容量NQ、種群大小NP、算法最大進(jìn)化代數(shù)G_max以及偵查蜂啟動(dòng)次數(shù)Limit_abandon；設(shè)定算法當(dāng)前進(jìn)化代數(shù)g＝1；

S2，構(gòu)造并初始化NP個(gè)種群個(gè)體，式(1)：

式中，x_r為第r個(gè)個(gè)體；為個(gè)體編碼；N為梯級(jí)水庫(kù)個(gè)數(shù)；T為時(shí)段數(shù)；

S3，水庫(kù)調(diào)度約束處理，采用下述式(2)-(7)判斷個(gè)體是否滿足約束，對(duì)不滿足約束的種群個(gè)體，用式(8)、式(9)逐一對(duì)個(gè)體中的水電站群時(shí)段水位進(jìn)行修正；

①梯級(jí)水力聯(lián)系式(2)：

式中，I_i,t為i水庫(kù)t時(shí)段入庫(kù)流量；τ_i-1為i-1與i水庫(kù)間水流時(shí)滯；為i-1水庫(kù)在t-τ_i-1時(shí)段棄水流量；R_i,t為i-1與i水庫(kù)間區(qū)間入流；

②水庫(kù)水量平衡約束(3)：V_i,t＝V_i,t-1+(I_i,t-Q_i,t-S_i,t)·Δt；

式中，V_i,t為i水庫(kù)t時(shí)段末庫(kù)容；

③水位/流量/出力約束式(4)：

式中，P_i,t為i水庫(kù)t時(shí)段出力；與Z_i,t、與Q_i,t、與P_i,t分別為i水庫(kù)t時(shí)段水位、出庫(kù)和出力邊界；

④水位/流量/出力變幅約束式(5)：

式中，ΔZ_i、ΔQ_i、ΔP_i分別為i水庫(kù)水位、流量和出力變幅限制；

⑤水庫(kù)運(yùn)行水頭約束式(6)：

式中，H_i,t為i水庫(kù)t時(shí)段水頭，H_i,t分別為水庫(kù)穩(wěn)定運(yùn)行水頭上下限；

⑥水庫(kù)期初、期末水位控制約束式(7)：

式中，Z_i,0、Z_i,T、和為i水庫(kù)調(diào)度期初、期末水位及其控制值；

⑦水位約束廊道生成方法式(8)：

⑧水位約束廊道生成方法式(9)：

式中，f(V′_i,t-1,I_i,t,P_i^BRep)和g(V′_i,t,I_i,t,P_i^BRep)分別為t時(shí)段末庫(kù)容和初庫(kù)容計(jì)算函數(shù)；和P_i^BRep為下泄流量和出力特征值，其設(shè)定為流量和出力的上下邊界值；

S4，計(jì)算不同種群個(gè)體目標(biāo)適應(yīng)度值，并進(jìn)行目標(biāo)適應(yīng)度值歸一化處理，并基于個(gè)體目標(biāo)適應(yīng)度值對(duì)種群個(gè)體進(jìn)行非支配排序；將種群中第一層級(jí)所有非支配個(gè)體加入EliteSet中；

個(gè)體適應(yīng)度以梯級(jí)水庫(kù)群總發(fā)電量最大和各梯級(jí)下游河道總的生態(tài)缺水量最小為調(diào)度目標(biāo)，目標(biāo)函數(shù)分別描述為式(10)和式(11)：

式(10)：

式(11)：

式中，E為梯級(jí)水庫(kù)群總發(fā)電量；P_i,t、Q_i,t、H_i,t分別為i水庫(kù)t時(shí)段發(fā)電出力、下泄流量和平均水頭；N為梯級(jí)水庫(kù)個(gè)數(shù)；T、ΔT分別為時(shí)段數(shù)和時(shí)段長(zhǎng)；W為梯級(jí)生態(tài)缺水量；為i水庫(kù)t時(shí)段下泄流量與其下游河道適宜生態(tài)需求流量的差值；為t時(shí)段i電站下游河道的適宜生態(tài)流量；

式(10)和式(11)目標(biāo)函數(shù)間量綱不同，歸一化處理，使其成為無量綱函數(shù)值；調(diào)度目標(biāo)歸一化按式(12)進(jìn)行計(jì)算：

式(12)：

式中，x_r為進(jìn)化種群中第r個(gè)個(gè)體；Er、W_r分別r號(hào)個(gè)體的年發(fā)電量和缺水量；E^max和E^min、和分別表示種群中所有個(gè)體年發(fā)電量和缺水量最大值和最小值；

S5，種群進(jìn)化，包括雇傭蜂階段、觀察蜂階段和偵查蜂階段的進(jìn)化；

①雇傭蜂階段：雇傭蜂階段通過式(13)-(16)“搜索機(jī)制”探尋新的蜜源，并利用式(8)、式(9)對(duì)新生成的個(gè)體進(jìn)行約束處理；比較新生成的個(gè)體與原始個(gè)體的優(yōu)劣性，采用貪婪策略選擇優(yōu)秀個(gè)體至下一代種群中；對(duì)EliteSet進(jìn)行更新及維護(hù)，將精英候選個(gè)體添加進(jìn)EliteSet；

式(13)：

式中，e_q,d為從精英檔案集EliteSet中隨機(jī)選擇的精英個(gè)體q的第l個(gè)分量(EliteSet中精英個(gè)體隨種群進(jìn)化過程逐步更新)；為第r個(gè)變異個(gè)體的第l個(gè)分量；r1，r2，r3，r4為[0,NP]內(nèi)互異的隨機(jī)整數(shù)，NP為種群個(gè)數(shù)；gc為算法進(jìn)化代數(shù)；F_r∈(0,1)為變異因子；

式(14)：

式中，為均值為0、標(biāo)準(zhǔn)差為σ_r的高斯隨機(jī)變量；Γ[e_q]_distance為精英個(gè)體q在EliteSet中的擁擠距離，Γ_max為EliteSet中個(gè)體的最大擁擠距離；

式(15)：

式(16)：

式(15)、(16)中，為第r個(gè)原始個(gè)體的第l個(gè)分量；rnd(r)是[0,1]的隨機(jī)數(shù)；rndr(l)為{0,1,...,NP}內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生的整數(shù)；CR∈(0,1)為交叉因子，CR_ini取值為0.15；

式(15)、式(16)是為提高種群的多樣性，避免算法陷入局部最優(yōu)，對(duì)變異后與變異前的個(gè)體進(jìn)行交叉操作生成新的個(gè)體；

變異和交叉操作完成后，采用貪婪策略選擇與中的較優(yōu)個(gè)體進(jìn)入下一代種群，并對(duì)精英檔案集EliteSet進(jìn)行更新維護(hù)；

②觀察蜂階段，利用式(17)計(jì)算雇傭蜂對(duì)應(yīng)蜜源被選擇的概率值，用輪盤選擇法確定跟隨目標(biāo)，運(yùn)用與雇傭蜂相同的方法進(jìn)行鄰域搜索；對(duì)EliteSet進(jìn)行更新及維護(hù)計(jì)算過程中，采用Fork/Join并行計(jì)算模式對(duì)個(gè)體約束處理、適用度計(jì)算、精英個(gè)體更新主任務(wù)進(jìn)行分解歸并；

式(17)：

式中，p_r為種群中第r個(gè)雇傭蜂被選中的概率；voilation_j為第j號(hào)雇傭蜂的約束破壞深度；ε為對(duì)約束破壞深度進(jìn)行評(píng)判的可行裕度；Nv為不可行解的個(gè)數(shù)(當(dāng)雇傭蜂個(gè)體約束破壞深度大于ε時(shí)，個(gè)體被判定為不可行解)；Nd為可行解的個(gè)數(shù)；

③偵查蜂階段：若某一個(gè)雇傭蜂在Limit_abandon內(nèi)未能得到更新，則將該雇傭蜂變?yōu)閭刹榉洌ㄟ^隨機(jī)搜索探尋新解。

S6：假如g＜G_max,令g＝g+1，轉(zhuǎn)至S5；否則，求解完成，將EliteSet作為多目標(biāo)調(diào)度問題的Pareto最優(yōu)前沿輸出。