一种混联水库提前蓄水多目标优化调度方法技术

本发明专利技术公开了一种混联水库提前蓄水多目标优化调度方法，包括：S1收集混联水库中各水库的基础信息和历史流域水文资料；S2拟定混联水库的提前蓄水方案集；S3推求各水库时间节点的蓄水控制水位；S4构建混联水库的蓄水多目标优化调度模型；S5求解蓄水多目标优化调度模型，获得各提前蓄水方案下各水库的蓄水调度图；S6利用蓄水调度图，得到各提前蓄水方案下的各项目标函数值，根据各项目标函数值确定最优提前蓄水方案及蓄水调度图。本发明专利技术在保证防洪安全情况下，实现了混联水库综合利用效益的最大化，所得最优蓄水方案及其调度图可为流域管理决策者提供可行的提前蓄水调度依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水库调度
，特别涉及一种混联水库提前蓄水多目标优化调度方法。
技术介绍
水库为了能在枯水期充分发挥其兴利效益，必须选择一定时间开始蓄水，这样才可能在一定的保证率下蓄水至正常蓄水位。在流域开发程度较低时，水库总库容占流域径流量的比例较小，其汛末蓄水对自然径流的影响程度不大。随着我国大规模的流域水库群开发，水库群库容占流域径流量比例较高，导致了水库群汛末竞争性蓄水的问题。因此制定水库群汛末提前蓄水方案，最大程度的发挥水库群的综合利用效益，十分必要。目前，针对水库提前蓄水调度问题的研究多集中在单个水库及串联水库蓄水调度的单目标优化及多目标优选上。刘心愿等[1]考虑了三峡水库防洪、发电、航运、生态和抗旱等综合利用要求，采用权重法建立单目标蓄水优化调度模型，对汛末防洪库容和蓄水调度图进行了优化研究。李雨等[2]建立了三峡水库提前蓄水的防洪风险与效益分析模型，对多组分台阶蓄水方案，从防洪风险和蓄水效益2个方面进行了优选。欧阳硕等[3]在保证水库梯级防洪安全的前提下，提出一种蓄放水策略来判断梯级水库群各水库的蓄放水时机和次序。周研来等[4]考虑三峡上游溪洛渡、向家坝梯级对三峡蓄水的影响，及防洪、发电、蓄水、航运等目标，采用多目标评价模块，对梯级水库蓄水方案集进行了优选。我国已经建成了众多的混联水库群，为了解决混联水库蓄水多目标优化调度的问题，本专利技术提出一种混联水库提前蓄水多目标优化调度方法，能够实现对混联水库各库进行联合优化，在确保防洪标准不降低的情况下，实现蓄水期的效益最大化。本专利技术涉及的参考文献如下：[1]刘心愿,郭生练,刘攀,等.考虑综合利用要求的三峡水库提前蓄水方案[J].水科学进展,2009,20(06):851-856.[2]李雨，郭生练，刘攀，等.三峡水库提前蓄水的防洪风险与效益分析[J].长江科学院院报，2013,30(1):8-14.[3]欧阳硕，周建中，周超，等.金沙江下游梯级与三峡梯级枢纽联合蓄放水调度研究[J].水利学报，2013，44(4):435-443.[4]周研来,郭生练,陈进.溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库联合蓄水方案与多目标决策研究[J].水利学报,2015,46(10):1135-1144.
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在确保防洪标准不降低情况下，还能实现蓄水期效益最大化的混联水库提前蓄水多目标优化调度方法。为达到上述目的，本专利技术的混联水库提前蓄水多目标优化调度方法，包括步骤：S1收集混联水库中各水库的基础信息和历史流域水文资料；S2基于蓄水期内混联水库水能损失最小原则确定各水库的蓄水次序，结合各水库的现有蓄水期调度规划，拟定混联水库的提前蓄水方案集；S3对蓄水期进行划分获得时间节点；考虑不利防洪的来水，推求各水库时间节点的蓄水控制水位，蓄水控制水位用来提供防洪水位的上限约束；S4以防洪目标、发电目标、蓄水目标、航运目标和生态目标为目标函数，构建混联水库的蓄水多目标优化调度模型；S5基于历史流域水文资料，在提前蓄水方案集中各提前蓄水方案下求解蓄水多目标优化调度模型，获得各提前蓄水方案下各水库的蓄水调度图；S6利用蓄水调度图，考虑不利蓄水的来水情况进行模拟调度，得到各提前蓄水方案下的各项目标函数值，根据各项目标函数值确定最优提前蓄水方案及蓄水调度图。步骤S2中所述的基于蓄水期内混联水库水能损失最小原则确定各水库的蓄水次序。采用K值判别式公式计算各水库的Ki值，Ki值大的水库优先蓄水；其中，Wi表示水库i的入库总水量；Fi表示水库i的水面面积；∑iV表示水库i上游所有水库的可供发电水量；∑iH表示水库i及其下游所有水库的总水头；αi表示水库i的调节能力。步骤S3进一步包括：3.1结合拟定的提前蓄水方案，按预设步长划分蓄水期，获得时间节点；根据历史流域水文资料推求各水库及区间的分期设计洪水；3.2结合水库现有蓄水期调度规则，利用分期设计洪水进行调洪演算，获得各水库时间节点的蓄水控制水位。步骤S5中，采用多目标遗传算法求解蓄水多目标优化调度模型。所述的采用多目标遗传算法求解蓄水多目标优化调度模型，针对蓄水多目标优化调度模型分别执行如下步骤，获得各提前蓄水方案对应的蓄水调度图：(1)给定蓄水多目标优化调度模型中各变量的取值范围，随机生成满足蓄水多目标优化模型约束条件的M组可行解，每一组可行解包括各水库的蓄水控制线；以M组可行解为个体构成初始种群；(2)以蓄水多目标优化调度模型的当前目标函数值为适应度，计算各组可行解的适应度；(3)采用多目标遗传算法进行个体选择，进一步包括：3.1对初始种群所有个体进行分层，并获得各层的非支配排序号；3.2对同层的所有个体，基于适应度计算各个体的拥挤距离；3.3按照非支配排序号从小到大依次将整层个体加入新种群，直至第q层整层个体的加入导致新种群规模超过预设种群规模k，将第q层中拥挤距离最大的s个个体加入新种群，使得新种群规模恰好达到预设种群规模k；(4)将新种群中k组可行解两两配对，进行交叉，生成新的k组可行解；(5)随机生成满足蓄水多目标优化模型约束条件的M-k组可行解，并加入新种群，所得种群记为当代种群；(6)对当代种群进行变异得下一代种群；(7)根据当代种群和下一代种群中各个体的适应度判断是否收敛，若收敛，执行步骤(8)；否则，以下一代种群为初始种群重新执行步骤(3)～(7)；(8)下一代种群中第一层个体即最优解集，将最优解集用作混联水库的蓄水调度依据，得各提前蓄水方案下各水库的蓄水调度图。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：本专利技术为混联水库蓄水多目标调度这一技术难题提供了可行的解决方法。本专利技术方法在保证防洪安全情况下，实现了水库群综合利用效益的最大化，所得最优蓄水方案及其调度图可为流域管理决策者提供可行的提前蓄水调度依据。附图说明图1为混联水库示意图；图2为考虑防洪要求的蓄水调度图；图3为多目标遗传算法的具体流程图。具体实施方式下面对本专利技术技术方案做进一步说明。步骤S1，收集混联水库中各水库的基础信息和历史流域水文资料。基础信息包括水库特征参数、水库现有蓄水期调度规则和水库下游防洪要求；流域水文资料包括入库径流资料。本步骤为本领域的常规技术手段。步骤S2，基于蓄水期内混联水库水能损失最小原则确定各水库的蓄水次序，结合各水库的现有蓄水期调度规划，拟定混联水库的提前蓄水方案集。所述的提前蓄水方案包括各水库的起蓄时间和蓄满时间。混联水库水能损失最小原则即K值判别式法，该方法以蓄水期内混联水库整体水能损失最小为基本原则，推求上下游各水库的蓄水次序和供水次序。作为目前较成熟的水库群联合调蓄策略，K值判别式法具有明确的物理意义，其判别条件简单，可充分满足发电、防洪、航运等综合利用需求。本具体实施方式采用的K值判别式法公式如下：式(1)中，Wi表示水库i的入库总水量；Fi表示水库i的水面面积；∑iV表示水库i上游所有水库的可供发电水量；∑iH表示水库i及其下游所有水库的总水头；αi表示水库i的调节能力，多年调节水库的αi取1，年调节、季调节、日调节水库的αi分别取0.95、0.9、0.7。式(1)反映了单位电能所引起的能量损失，Ki值大的水库优先蓄水。见图1，图中，QA、QB、QC分别表示水库A、B、C的入流，Qqj表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混联水库提前蓄水多目标优化调度方法，其特征是，包括步骤：S1收集混联水库中各水库的基础信息和历史流域水文资料；S2基于蓄水期内混联水库水能损失最小原则确定各水库的蓄水次序，结合各水库的现有蓄水期调度规划，拟定混联水库的提前蓄水方案集；S3对蓄水期进行划分获得时间节点；考虑不利防洪的来水，推求各水库时间节点的蓄水控制水位，蓄水控制水位用来提供防洪水位的上限约束；S4以防洪目标、发电目标、蓄水目标、航运目标和生态目标为目标函数，构建混联水库的蓄水多目标优化调度模型；S5基于历史流域水文资料，在提前蓄水方案集中各提前蓄水方案下求解蓄水多目标优化调度模型，获得各提前蓄水方案下各水库的蓄水调度图；S6利用蓄水调度图，考虑不利蓄水的来水情况进行模拟调度，得到各提前蓄水方案下的各项目标函数值，根据各项目标函数值确定最优提前蓄水方案及蓄水调度图。

【技术特征摘要】
1.一种混联水库提前蓄水多目标优化调度方法，其特征是，包括步骤：S1收集混联水库中各水库的基础信息和历史流域水文资料；S2基于蓄水期内混联水库水能损失最小原则确定各水库的蓄水次序，结合各水库的现有蓄水期调度规划，拟定混联水库的提前蓄水方案集；S3对蓄水期进行划分获得时间节点；考虑不利防洪的来水，推求各水库时间节点的蓄水控制水位，蓄水控制水位用来提供防洪水位的上限约束；S4以防洪目标、发电目标、蓄水目标、航运目标和生态目标为目标函数，构建混联水库的蓄水多目标优化调度模型；S5基于历史流域水文资料，在提前蓄水方案集中各提前蓄水方案下求解蓄水多目标优化调度模型，获得各提前蓄水方案下各水库的蓄水调度图；S6利用蓄水调度图，考虑不利蓄水的来水情况进行模拟调度，得到各提前蓄水方案下的各项目标函数值，根据各项目标函数值确定最优提前蓄水方案及蓄水调度图。2.如权利要求1所述的混联水库提前蓄水多目标优化调度方法，其特征是：步骤S2中所述的基于蓄水期内混联水库水能损失最小原则确定各水库的蓄水次序，具体为：采用K值判别式公式计算各水库的Ki值，Ki值大的水库优先蓄水；其中，Wi表示水库i的入库总水量；Fi表示水库i的水面面积；∑iV表示水库i上游所有水库的可供发电水量；∑iH表示水库i及其下游所有水库的总水头；αi表示水库i的调节能力。3.如权利要求1所述的混联水库提前蓄水多目标优化调度方法，其特征是：步骤S3进一步包括：3.1结合拟定的提前蓄水方案，按预设步长划分蓄水期，获得时间节点；根据历史流域水文资料推求各水库及区间的分期设计洪水；3.2结合水库现有蓄水期调度规则，利用分期设...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈柯兵，郭生练，钟逸轩，杨光，巴欢欢，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42