一种长距离提水工程优化调度方法技术

本发明专利技术公开了一种长距离提水工程优化调度方法，涉及水利系统优化领域。该方法针对长距离提水工程优化调度问题，采用大系统分解‑协调模型，将长距离提水工程优化调度系统分为三级子系统，并分别采用DSO算法对三层子系统进行系统模型的求解，实现了单级泵站流量优化分配，使得各泵站运行效率最高；实现了梯级泵站扬程优化分配，使得梯级泵站群效率最高；实现了调水总流量优化分配，基于分时电价，将调水总量在各时段进行分配，使得梯级泵站输水系统运行费用最小，从而使得长距离提水工程调度最优化。而且，通过使用DSO算法，提高了优化计算的精度，从而能够更精确地提高梯级泵站群运行效率，降低梯级泵站群运行的费用。

An Optimal Dispatching Method for Long Distance Water-lifting Project

The invention discloses an optimal dispatching method for a long-distance water lifting project, which relates to the field of water resources system optimization. Aiming at the problem of optimal dispatching of long-distance water lifting projects, this method divides the optimal dispatching system of long-distance water lifting projects into three-level subsystems by using large-scale system decomposition and coordination model, and solves the three-level subsystems by using DSO algorithm separately, realizes the optimal flow distribution of single-stage pumping stations, and achieves the optimal lift distribution of cascade pumping stations. Distribution makes the efficiency of cascade pumping stations the highest; realizes the optimal allocation of the total flow of water diversion, and distributes the total amount of water diversion in each period based on the time-sharing electricity price, so as to minimize the operation cost of the water conveyance system of cascade pumping stations, and thus optimizes the dispatch of long-distance water lifting projects. Moreover, by using DSO algorithm, the accuracy of optimization calculation is improved, so that the operation efficiency of cascade pumping stations can be improved more accurately and the operation cost of cascade pumping stations can be reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种长距离提水工程优化调度方法
本专利技术涉及水利系统优化领域，尤其涉及一种长距离提水工程优化调度方法。
技术介绍
跨流域调水是水资源得到合理的开发利用的调水方式，指某一流城的多水区向其他流城的缺水区补充水源。而调水往往需通过泵站来完成。目前，我国跨流域调水工程己具有相当规模。山西省万家寨引黄工程属于跨流域调水工程，由黄河万家寨水库引水，分别向太原、大同和平朔3个地区供水，引水线路总长约452km,年设计引水量12亿m3。东深工程从广东东莞市桥头镇取东江水，经东江、司马、雁田等8个梯级站，供水至深圳，送往香港，线路全长83km，每年为香港供水11亿m3，占香港总用水量的70％。引黄济青工程由山东博兴县引黄河水，经惠民、东营、潍坊、青岛4地市，线路全长290km，沿线建造4个梯级站，安装34台大型机组，每天为青岛供水30万m3。对于梯级泵站，其中任一级发生问题，都会影响到整个工程的正常调水。另一方面，泵站每提高1％的运行效率，每年即可节省数千万元的运行费用。因此，工程要求泵站在保证运行可靠性的前提下，提高运行效率，降低调水成本。长距离提水工程优化调度问题是水利系统优化领域中的一个重要问题，其中最主要的就是梯级泵站的优化调度。而在梯级泵站优化调度问题中，最主要的是梯级泵站的扬程优化分配与流量分配问题。其主要目的是进行梯级泵站间的扬程分配以及基于分时电价的不同时段的流量分配，从而使得调度期间运行费用最少。但由于常常忽略渠道的输水损失，导致无法全面模拟其优化调度过程。目前，对于长距离提水工程优化调度问题，通常采用线性规划法、非线性规划法、动态规划法、大系统分解-协调法、遗传算法、蚁群算法等方法来实现梯级泵站群日运行费用最少。但是已有的长距离提水工程优化调度仅考虑泵站机组流量、功率和调水总量等约束，目标是在分时电价前提下使梯级泵站的总电费最低，往往忽略调蓄池调蓄能力、或者渠道输水损失、或者梯级泵站总扬程约束。对于具有水源蓄量、渠道水头损失、流量平衡、总扬程等约束条件的长距离提水工程调度系统，已有方法无法全面精确模拟其日优化调度与经济运行过程，从而无法应用于前半段长距离提水工程调度系统的多约束条件下的优化调度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种长距离提水工程优化调度方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种长距离提水工程优化调度方法，包括如下步骤：S1，利用大系统分解协调模型将长距离提水工程优化调度系统分解为三层子系统；S2，对应S1中得到的所述三层子系统，考虑渠段水头损失，建立三层递进结构的长距离提水优化分配模型；S3，将上述三层结构模型通过DSO算法进行优化，具体地，通过第三层子系统计算首级泵站进水池水位和末级泵站出水池水位以及流量，并作为初始值带入第二层子系统，得到第二层子系统的最优解，并返回至第三层子系统中，通过第二层子系统计算各级泵站的流量与扬程分配，并作为初始值带入第一层子系统中，得到第一层子系统的最优解并返回至第二层子系统中，计算得到第三层子系统的最优值，进而得到长距离提水工程优化调度的最优解。优选地，S2中，所述渠段水头损失通过引入通过圣维南方程组构建的一维水力学模型求得。优选地，具体为，采用圣维南方程组构建一维水力学模型，对泵站、倒虹吸和渐变段的内部构筑物进行概化处理，将概化好的内部建筑物与圣维南方程组进行耦合。优选地，S2中，所述三层递进结构的长距离提水优化分配模型分别为：第三层子系统中，目标函数为：约束条件为：式中：Fmin为梯级泵站群日运行最小费用；W为日调水总量；t为日划分的总时段数；Qk为k时段梯级泵站群运行的总流量；H为梯级泵站群的总扬程；γ为常数；Δtk,ck分别为k时段的时长与电价；ηmax为相应于k时段的Qk和H，梯级泵站群运行的最优效率，为第二层子系统的目标函数；第二层子系统中，目标函数为：约束条件为：式中：Q为梯级泵站群运行的总流量；H为梯级泵站群的总扬程；n为梯级泵站群的总泵站数；Hi为第i级泵站的扬程；hi,i+1为第i级泵站与第i+1级泵站见渠道的水头损失，由引入的一维水动力模型计算所得；分别为最后一级泵站出水池水位与第一级泵站进水池水位；分别为第i级泵站最小、最大扬程；分别为第i级泵站进水池最小、最大水位；分别为第i级泵站出水池最小、最大水位；分别为第i级泵站进、出水池水位；为第i级泵站对应于Q，Hi站内运行最大效率，为第一层子系统的目标函数；K3，第一层子系统中，目标函数为：约束条件为：Qa,min≤Qa≤Qa,max式中：b为单级泵站站内机组总数；Q为梯级泵站群运行的总流量；Qi为第i级泵站的流量；Qa为第a台机组的流量；ηa为第a台机组在Qa,Ha下对应的机组效率；Qa,min,Qa,max分别为第a台机组对应允许通过的最小、最大流量。优选地，S3包括如下步骤：S301，初始化，对于第一层子系统，其决策变量为x个机组的流量，即初始化为一个x维m个搜索代理的初始种群；对于第二层子系统，其决策变量为2(y-1)个泵站进水池与出水池的水位，其中y为泵站数量，即初始化为一个2(y-1)维m个搜索代理的初始种群；对于第三子系统，其决策变量为T个日不同电价时段，即初始化为一个T维m个搜索代理的初始种群；S302，通过第三层子系统计算首级泵站进水池水位和末级泵站出水池水位以及流量，并作为初始值带入第二层子系统，通过第二层子系统计算各级泵站的流量于扬程分配，并作为初始值带入第一层子系统中；对于每一层子系统执行下述操作；S3021，计算个体适应度与位置，并将每组最好的解储存到CBC，将各组中最好的解储存到GBC中；S3022，定义固件Pi＝f(CBC)，即为个体位置的更新方式；S3023，根据固件Pi更新个体位置，将新的个体位置储存到TmC中；S3024，约束条件处理，包括不等式约束与等式约束；不等式约束采用吸收的策略处理，即超出边界的值，置为边界；等式约束处理采用罚函数法；利用新的个体位置更新TmC；S3025，利用约束条件处理后的个体位置更新个体适应度，即更新CBC、GBC的内容；S3026，判断GBC是否得到提升，若得到提升，执行S3028；若未得到提升，则执行S3027；S3027，判断更新的个体位置TmC是否劣于各组的最优解CBC，若劣于，则将CBC的值赋给TmC并回到S3024，若不劣于，则产生相反的坐标并返回到S3021；S3028，计算TeamQuality的值，并根据TeamQuality的值判断是否需要更新固件，若需要更新固件则更新固件并返回到S3023；若不需要更新固件则判断是否达到迭代停止标准，若达到则停止，则输出GBC，即为长距离提水工程优化调度的最优解；若未达到停止标准，则返回S301，直至达到迭代停止标准。优选地，S3022与S3023中，所述固件是基于已知的有偏随机游动的扰动方案生成的，新的实验坐标由扰动公式产生：P＝Departure+Offset()TC＝calculate(P)其中，Departure是搜索空间中解的坐标，Offset是返回实际扰动熟知的函数，P为扰动公式，TC表示新的实验坐标，calculate是对扰动公式P进行计算。优选地，S3023中，所述将新的个体位置储存到T本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种长距离提水工程优化调度方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，利用大系统分解协调模型将长距离提水工程优化调度系统分解为三层子系统；S2，对应S1中得到的所述三层子系统，考虑渠段水头损失，建立三层递进结构的长距离提水优化分配模型；S3，将上述三层结构模型通过DSO算法进行优化，具体地，通过第三层子系统计算首级泵站进水池水位和末级泵站出水池水位以及流量，并作为初始值带入第二层子系统，得到第二层子系统的最优解，并返回至第三层子系统中，通过第二层子系统计算各级泵站的流量与扬程分配，并作为初始值带入第一层子系统中，得到第一层子系统的最优解并返回至第二层子系统中，计算得到第三层子系统的最优值，进而得到长距离提水工程优化调度的最优解。

【技术特征摘要】
1.一种长距离提水工程优化调度方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，利用大系统分解协调模型将长距离提水工程优化调度系统分解为三层子系统；S2，对应S1中得到的所述三层子系统，考虑渠段水头损失，建立三层递进结构的长距离提水优化分配模型；S3，将上述三层结构模型通过DSO算法进行优化，具体地，通过第三层子系统计算首级泵站进水池水位和末级泵站出水池水位以及流量，并作为初始值带入第二层子系统，得到第二层子系统的最优解，并返回至第三层子系统中，通过第二层子系统计算各级泵站的流量与扬程分配，并作为初始值带入第一层子系统中，得到第一层子系统的最优解并返回至第二层子系统中，计算得到第三层子系统的最优值，进而得到长距离提水工程优化调度的最优解。2.根据权利要求1所述的长距离提水工程优化调度方法，其特征在于，S2中，所述渠段水头损失通过引入通过圣维南方程组构建的一维水力学模型求得。3.根据权利要求2所述的长距离提水工程优化调度方法，其特征在于，具体为，采用圣维南方程组构建一维水力学模型，对泵站、倒虹吸和渐变段的内部构筑物进行概化处理，将概化好的内部建筑物与圣维南方程组进行耦合。4.根据权利要求3所述的长距离提水工程优化调度方法，其特征在于，S2中，所述三层递进结构的长距离提水优化分配模型分别为：第三层子系统中，目标函数为：约束条件为：式中：Fmin为梯级泵站群日运行最小费用；W为日调水总量；t为日划分的总时段数；Qk为k时段梯级泵站群运行的总流量；H为梯级泵站群的总扬程；γ为常数；Δtk,ck分别为k时段的时长与电价；ηmax为相应于k时段的Qk和H，梯级泵站群运行的最优效率，为第二层子系统的目标函数；第二层子系统中，目标函数为：约束条件为：式中：Q为梯级泵站群运行的总流量；H为梯级泵站群的总扬程；n为梯级泵站群的总泵站数；Hi为第i级泵站的扬程；hi,i+1为第i级泵站与第i+1级泵站见渠道的水头损失，由引入的一维水动力模型计算所得；分别为最后一级泵站出水池水位与第一级泵站进水池水位；分别为第i级泵站最小、最大扬程；分别为第i级泵站进水池最小、最大水位；分别为第i级泵站出水池最小、最大水位；分别为第i级泵站进、出水池水位；为第i级泵站对应于Q，Hi站内运行最大效率，为第一层子系统的目标函数；K3，第一层子系统中，目标函数为：约束条件为：Qa,min≤Qa≤Qa,max式中：b为单级泵站站内机组总数；Q为梯级泵站群运行的总流量；Qi为第i级泵站的流量；Qa为第a台机组的流量；ηa为第a台机组在Qa,Ha下对应的机组效率；Qa,min,Qa,max分别为第a台机组对应允许通过的最小、最大流量。5.根据权利要求4所述的长距离提水工程优化调度方法，其特征在于，S3包括如下步骤：S301，初始化，对于第一层子系统，其决策变量为x个机组的流量，即初始化为一个x维m个搜索代理的初始种群；对于第二层子系...

【专利技术属性】
技术研发人员：田雨，雷晓辉，刘小莲，孟庆魁，李建柱，刘梅，王浩，蒋云钟，韩黎明，冯珺，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11