一种水库群联合优化调度可行决策空间辨识方法技术

本发明专利技术属于电力系统水力发电调度领域，公开一种水库群联合优化调度可行决策空间辨识方法，降低传统方法的计算量与存储量，实现可观的降维效果，在水库群联合调度领域具有很好应用前景。其技术方案为：首先明确需求，构建水库群优化调度模型，确定目标函数和约束条件；然后采用特定的知识规则动态识别各水库在单阶段、两阶段和多阶段的可行域，实现搜索空间的有效缩减；最后采用目前已有水库群优化调度方法，例如动态规划、粒子群算法等进行求解。本发明专利技术能够自动实现约束条件预处理，科学辨识水库群调度问题的可行决策空间，降低传统方法的计算量与存储量，极大缓解“维数灾“问题，为水库群联合优化调度问题的高效求解提供一种合理可行的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统水力发电调度领域，特别涉及一种水库群联合优化调度可行决策空间辨识方法。
技术介绍
水库群联合优化调度是一个多重复杂约束强耦合作用下的复杂非线性优化问题，主要体现在：一方面，作为兼具多重社会属性的水资源利用载体，除满足自身安全稳定运行约束外，水库往往还肩负着水利、电力、环保等部门的综合利用需求，一般需要以约束条件的形式将各单位的相关利益诉求纳入调度模型中，导致水库群在开展联合优化调度时需要处理数目众多、形式各异的约束条件集合；另一方面，各类约束之间存在着复杂的交织、耦合等综合效用，使得可行搜索空间大幅缩窄并呈现出复杂的时空关联特征，单一水库任意时段运行状态的改变很可能导致本电站或下游电站相关时段的约束条件的破坏，造成水库群系统的整体效益与水能利用效率的降低，这也直接增大了传统方法的优化难度；此外，逐年扩大的水库群系统使得电站间、梯级上下游间存在着更为复杂的水力和电力联系，在增加约束条件数目的同时扩大了搜索空间，导致问题的复杂度随电站及约束数目呈非线性增长，加剧了建模求解困难。因此，如何高效处理水库群调度问题中的复杂约束集合，以实现对类型各异的约束条件的精简、合并，就成为提高算法性能的关键，这也是水库群调度的核心问题之一。国内外学者针对水库群调度约束处理方法开展了一定的研究，现有方法可大致分为四类：一是惩罚函数法：以惩罚函数的形式将约束破坏项纳入目标函数构成适应值函数，引导算法逐步转向合理的区域；二是解修复法：采用特定的修复算子对非可行解加以调整，将其映射至可行域边界或内部以保持解的可行性；三是多目标法：将原问题转换为多目标优化问题，即把个体违反约束条件的程度视为与原始目标函数等价的目标项，利用多目标优化技术来处理转换后的问题，逐步向最优解方向逼近；四是可行域辨识法：根据一定的方法对搜索空间进行缩减，使算法在相对较小的范围内寻优，以期改善算法性能。然而，前述四种方法各有优缺点：惩罚函数法形式简单、可操作性强，但惩罚因子选取困难，通常需要根据实际问题试算获取；解修复法需根据具体问题开展个性化设计，方法的通用性较差，且修复算子会在一定程度上增加算法的复杂性；多目标法能够利用Pareto占优机制有效区分解的可行程度，但是实现相对困难、且难以保证最终解的可行性；可行域辨识法无需改变优化算法寻优机制、有效保障解的可行性，但是已有文献报道多采用静态辨识机制，且约束集成度较差。因此，研发合理可行、新型高效的约束处理机制来提高传统方法求解水库群联合优化调度的效率与精度，仍然具有十分重要的意义本专利技术成果依托国家自然科学基金重大计划重点支持项目(91547201)和国家自然科学基金委重大国际合作(51210014)，以梯级水库群联合优化调度普遍面临的“维数灾”问题为背景，以基于数据挖掘技术与集合运算理论为手段，专利技术了一种具有很强实用性和广泛推广价值的水库群联合优化调度决策空间辨识方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种水库群联合优化调度可行决策空间辨识方法，首先明确需求，构建水库群优化调度模型，确定目标函数和约束条件；然后采用集合运算理论、知识规则方法来动态识别各水库在单阶段、两阶段和多阶段的可行域，实现可行决策空间的有效缩减；最后采用目前已有的水库群优化调度方法，例如动态规划、粒子群算法等进行求解。本专利技术的技术方案为：本专利技术揭示了一种水库群联合优化调度可行决策空间辨识方法，按照下述步骤(1)-(4)完成水库群优化调度问题的降维求解过程：(1)根据流域特点和实际生产需求构建水库群优化调度模型，确定目标函数和约束条件，一般都可描述成如下模型，公式表示如下： max E ( x ) s . t . h l ( x ) = 0 , l = 1 , 2 , ... , p g l ( x ) ≤ 0 , l = p + 1 , p + 2 , ... , 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水库群联合优化调度可行决策空间辨识方法，其特征包括如下步骤：(1)水库各时段的水位、发电流量、出库流量和出力均需在安全范围内运行，分别构成水位限制集合SZ、发电流量限制集合SQ、出库流量限制集合SO、出力限制集合SP，水量平衡方程约束集合可记为SB，相应数学表达为：SZ={Zi,j|Zi,jmin≤Zi,j≤Zi,jmax,∀i,j}]]>SQ={Qi,j|Qi,jmin≤Qi,j≤Qi,jmax,∀i,j}]]>SO={Oi,j|Oi,jmin≤Oi,j≤Oi,jmax,∀i,j}]]>SP={Pi,j|Pi,jmin≤Pi,j≤Pi,jmax,∀i,j}]]>SB={Vi,j|Vi,j+1=Vi,j+3600·tj·(Ii,j-Oi,j),∀i,j}]]>式中，i为水库序号，i＝1,2,…,N；N表示电站数目；j为时段序号，j＝1,2,…,T；T表示时段数目；Zi,j表示水库i在时段j的水位，m；分别为水库i在时段j的水位上、下限，m；Qi,j表示水库i在时段j的发电流量，m3/s；分别为水库i在时段j的发电流量上、下限；分别为水库i在时段j的出库流量上、下限；Pi,j表示电站i在时段j的出力，kW；分别为水库i在时段j的出力上、下限；Vi,j为水库i在时段j的库容，m3；Ii,j、Oi,j、qi,j、Di,j分别为水库i在时段j的入库流量、出库流量、区间流量、弃水流量，m3/s；(2)设定各阶段各水库的水位、出库流量分别为相应的状态值、决策值，采用如下方法动态识别各水库在单阶段、两阶段和多阶段的可行决策空间，从而实现搜索空间的有效缩减，其中：①识别单阶段可行域使用单阶段可行域辨识方法，步骤如下：a)由发电流量集合SQ与出库流量集合SO获得流量集合计算方法如下式：SO1={Oi,j1|Oi,j1,min≤Oi,j1≤Oi,j1,max,∀i,j}]]>其中式中，为水库i在时段j的修正出库流量，m3/s；为对应的上、下限；b)利用SB将SZ转化为相应的出库流量限制集合计算方法如下式：SO2=SB∩SZ={Oi,j2|Oi,j2,min≤Oi,j2≤Oi,j2,max,∀i,j}]]>其中式中，为水库i在时段j水位限制约束所对应的可能出库流量，m3/s；为相应的上、下限；fi表示水库i的库容‑水位特性曲线；c)取与的交集获得修正出库流量限制集合计算方法如下式：SO3=SO1∩SO2={Oi,j3|Oi,j3,min≤Oi,j3≤Oi,j3,max,∀i,j}]]>其中式中，为水库i在时段j、与取交集后对应的出库流量，m3/s；分别为相应的上、下限；d)将SP转化为相应的出库流量限制集合具体操作为：1)首先判断各水库在各时段的出力与出库流量之间的形态：设定一个较小的出库流量增量QΔ，若成立，则为单调递增型；若成立，则为单调递减型；否则，则为拟抛物线型；式中，Pi,j(·)表示给定流量下的电站计算出力，其中·代表给定流量；2)然后将SP转换为对应的出库流量限制集合对于单调递增型，式中，Wi(·)表示给定水库出力·后，以电定水计算得到的出库流量，m3/s；对于单调递减型，对于拟抛物线型，由于对称性，导致存在两个出库流量区间，SO4=SO4,1∪SO4,2={Oi,j4|Wi(Pi,jmin)1≤Oi,j4≤Wi(Pi,jmax)1,∀i,j}∪{Oi,j4|Wi(Pi,jmax)2≤Oi,j4≤Wi(Pi,jmin)2,∀i,j};]]>式中，分别表示的两个子区间；分别表示子区间与所对应的出库流量，m3/s；为相应的上、下限；分别为相应的上、下限；e)取与的交集获得最终出库流量限制集合具体操作为：1)对于单调递增型，SO5=SO3∩SO4={Oi,j5|Oi,j5,min≤Oi,j4≤Oi,j5,max,∀i,j}]]>其中式中，为水库i在时段j、与取交集后对应的可能出库流量，m3/s；为相应的上、下限；2)对于单调递减型，SO5=SO3∩SO4={Oi,j5|Oi,j5,min≤Oi,j4≤Oi,j5,max,∀i,j}]]>其中3)对于拟抛物线型，SO5={SO3∩SO4,1}∪{SO3∩SO4,2}=SO5,1∪SO5,2={Oi,j5,1|Oi,j5,1,min≤Oi,j5,1≤Oi,j5,1,m...

【技术特征摘要】
1.一种水库群联合优化调度可行决策空间辨识方法，其特征包括如下步骤：(1)水库各时段的水位、发电流量、出库流量和出力均需在安全范围内运行，分别构成水位限制集合SZ、发电流量限制集合SQ、出库流量限制集合SO、出力限制集合SP，水量平衡方程约束集合可记为SB，相应数学表达为： S Z = { Z i , j |...

【专利技术属性】
技术研发人员：程春田，冯仲恺，牛文静，武新宇，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21