[發明專利]耦合可行域識別和隨機抽樣的大規模水電站群優化調度降維方法

在審

• 申請號: 202110479084.1
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113128782A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 申建建;朱文麗;程春田;蔣燕;張揚;劉雙全;張聰通
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

1.一種耦合可行域識別和隨機抽樣的大規模水電站群優化調度降維方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1.以水能高效利用為準則，建立水電站群優化調度模型，具體如下：

式中：E代表所有水電站的發電量之和；Δt’代表時段t內的小時數；i代表水電站序號；K_i代表水電站i的出力系數；h_i,t代表水電站在時段t的平均出力凈水頭；q_i,t代表水電站i在時段t的發電流量；N_i,t代表水電站i在時段t的出力；I代表水電站的個數；

步驟2.初始化計算參數，包括水電站運行參數、水位控制約束、下泄流量約束、電站出力約束、水量平衡約束；

N_i,min≤N_i,t≤N_i,max (4)

V_i，t+1＝V_i，t+3600(Q_i，t-R_i，t)*Δt′ (5)

式中：Z_i,0代表水電站i的初始水位，Z_i,T代表水電站i的末水位；Z_i,S與Z_i,Z分別代表水電站i的水位最小值與最大值；Z_i,t代表水電站i在時段t的水位；R_i,min與R_i,max分別為水電站i的出庫流量下限與上限；R_i,t代表水電站i在時段t的下泄流量；q_i,min與q_i,max分別為水電站i的發電流量上下限；q_i,t代表水電站i在時段t的發電流量；d_i,t為水電站i在時段t的棄水流量；N_i,min與N_i,max分別為水電站i的出力下限與上限；N_i,t代表水電站i在時段t的出力；V_i,t為水電站i在時段t的初始庫容；Q_i,t為水電站i在時段t的入庫徑流；Q_i,t'為水電站i在時段t的區間流量；∑R_t代表上游水電站在時段t的下泄流量之和；當水電站i＝1時，入庫徑流為區間徑流，當水電站i1時，入庫徑流為區間徑流與上游水電站下泄流量之和；

步驟3.設置可靠度指標a、b，以及抽樣方法最優解和第五優解的精度ε1與ε5；

步驟4.確定參數序列{a₁,a₂,a₃…,a_M}，與抽樣數目序列{S₁,S₂,S₃…,S_M}；其中M是數組{a₁,a₂,a₃…,a_M}和{S₁,S₂,S₃…,S_M}的元素個數；

步驟5.設置n＝1，k＝1，t＝1，取S＝S_k；其中n是抽樣樣本的序號，k是數組{a₁,a₂,a₃…,a_M}和{S₁,S₂,S₃…,S_M}序列里的序號，S是抽樣的數目，S_k代表{S₁,S₂,S₃…,S_M}序列里第k個元素；

步驟6.確定水電站在時段t末的可行域范圍，耦合上述多種水電站調度運行約束，確定可行域范圍，包含以下幾步：

(1)約束條件轉換：

對于出力約束，利用耗水率μ_i將其轉化為下泄流量約束，如下所示：

對于下泄流量約束，使用q_i,min與q_i,max尋求可行域，比較兩組下泄流量約束，并將它們的交集作為定義可行區域的一組下泄流量約束如下：

式中，q_i,t分別表示下泄流量的上限與下限；q_i,pmax,q_i,pmin分別代表出力上限與下限對應的等效下泄流量；

(2)可行域范圍確定

據水量平衡方程知，在其他變量確定的前提下，出庫徑流與時段末庫容呈反比，即使用最小下泄流量求取時段末庫容上限值，使用最大下泄流量求取時段末庫容下限值；如下式所示，利用水量平衡，在已知的入庫流量與時段初庫容的條件下，將下泄流量約束先轉變為庫容約束；在轉變后與原有的庫容約束進行比較，取交集作為可行范圍的上下限；

式中，V_i,t+1分別表示庫容可行域的上限與下限；

根據上式得到的庫容范圍，通過水位～庫容關系曲線將其轉變為等效的水位范圍；

(4)采用下式進一步縮減可行域范圍

式中，Z_i,t分別表示庫水位可行域的上限與下限；H_i,normal，H_i,dead分別表示水電站i的正常高水位和死水位；A表示第i個水電站在時段t內各種徑流情況下的水位數組；

步驟7.在水電站的水位可行域范圍內進行概率抽樣，以計算面臨時段的出力：在計算中，每個庫水位位于滿意解區間的概率為a％；則每隨機抽出一個解，它不處于滿意解區間的概率為(1-a％)，在上一步驟確定的可行域內連續抽出s個候選水位，這些水位都不是處于前a％的概率為(1-a％)^s，當：

(1-a％)^s≤b％ (12)

則抽出S個庫水位，為了保證含有滿意解，則：

當抽出的樣本數目大于S_min時，則有(1-b％)的概率抽取到滿意的水位；

步驟8.令t＝t+1；判斷t＝T是否成立，若成立，則取全年末水位為時段末水位進行出力計算，并求出各時段出力之和為樣本n的抽樣結果，設置t＝1，進入步驟9；若不成立，則返回步驟6繼續計算；

步驟9.判斷n＝S是否成立，若成立，求取S個庫水位樣本中的最優解與第五優解，設置n＝1，進入步驟10，若不成立，n＝n+1，返回步驟6繼續計算；

步驟10.判斷k＝M是否成立，若成立，進入步驟11，若不成立，k＝k+1，返回步驟6繼續計算；

步驟11.獲得水電站調度最優解序列{f1}與第五優解{f5}，獲得每個抽樣組合的最優解與第五優解序列{f_1,1，f_1,2，f_1,3，…}，{f_5,1，f_5,2，f_5,3，…}，求解序列的變化率d1與d5，具體公式如下：

d1＜ε1 (16)

d5＜ε5 (17)

步驟12.進行精度判斷，如果滿足精度判斷則輸出最優解，若不滿足則計算增加抽樣數目，設置S＝ΔS，k＝M+1，返回步驟6繼續計算。