基于改进无梯度算法的多水库水电站功率优化方法技术

基于改进无梯度算法的多水库水电站功率优化方法，包括1，采集每个时间段内多水库发电运行的相关数据；2，对所采集的数据进行预处理；3，计算用于求解目标函数的参数平均值；4，使用连接每个水库的水电站在每个时间段的发电量以及每个水电站的额定水头计算得到每个水电站在时间段内的发电用水量；5，构建连接多水库的水电站产电量最大化的目标函数；6，对目标函数进行求解，得到目标函数的最大值以及其对应相关参数的值。本发明专利技术构建的目标函数分阶段考虑了每个水库在每个时间段内的可出水量，反应了多水库系统中水量与水电站功率的动态变化；使用的基于改进无梯度算法的求解方法比PSO收敛更快，寻优能力更强。寻优能力更强。寻优能力更强。

【技术实现步骤摘要】
基于改进无梯度算法的多水库水电站功率优化方法


[0001]本专利技术涉及水利水电
，尤其涉及基于改进无梯度算法的多水库水电站功率优化方法。

技术介绍

[0002]水力发电是当今社会必不可少的电力来源，其廉价性以及清洁性以使其成为无法代替的可再生能源之一。大部分水力发电来自于水库蓄水，一般分为单水库系统以及多水库系统。其中，多水库系统由位于同一条河流中的多个水库组成，这种级联式的多水库通过液力偶合作用将流出该水库的水流引回其紧邻下游水库，使之成为其紧邻下游水库的一部分。
[0003]多水库水电优化运行由于以下原因而变得棘手：1)引入水库的水流量以及水库水面高度的不确定性；2)优化的决策过程是多阶段和动态的，且涉及众多决策变量；3)由于计算条件的限制，很难找到一个最优的可行解。
[0004]现有技术中，大多采用粒子群优化(PSO)的方法对多水库水电站功率进行优化。该方法中每颗粒子需要根据其自身的当前位置、速度、当前位置与自身历史最佳位置的距离以及当前位置与所在群体中粒子最佳位置的距离进行更新，在决策变量众多的多水库水电站功率优化问题中，使用方法的所需要的计算消耗庞大，要不收敛速度过慢，要不容易陷入局部最优解。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于，提出了基于改进无梯度算法的多水库水电站功率优化方法，具体采用如下的技术方案：
[0006]基于改进无梯度算法的多水库水电站功率优化方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，采集每个时间段t内多水库发电运行的相关数据，时间段总数为T；
[0008]步骤2，对步骤1中所采集的数据进行预处理；
[0009]步骤3，计算每个水库在时间段t内的储水量历史平均值、时间段t起始时刻的历史储水量平均值、时间段t终止时刻的历史储水量平均值、时间段t结束时刻每个水库水面的历史高度平均值、时间段t结束时刻每个水库上游水库历史尾水位平均值；
[0010]步骤4，使用连接每个水库的水电站在每个时间段t的发电量以及每个水电站的额定水头计算得到每个水电站在时间段t内的发电用水量n＝1,2,3....N；
[0011]步骤5，构建连接多水库的水电站产电量最大化的目标函数；
[0012]步骤6，对步骤5构建的目标函数进行求解，得到目标函数的最大值以及获得目标函数最大值时相关参数的值。
[0013]相关数据包括水库发电运行建模所需相关参数包括水库的数量N,连接每个水库的水电站在每个时间段t的历史发电量，每个水电站的额定水头，每个水库在每个t时间段起始时刻的历史储水量，每个水库在每个t时间段终止时刻的历史储水量，每个水库在每个
t时间段内的储水量历史平均值，每个时间段t结束时刻每个水库水面的历史高度以及每个时间段t结束时刻每个水库上游水库历史尾水位。
[0014]在步骤2中，预处理包括对重复值的剔除以及缺失值的填补；
[0015]重复值为对于同一水电站，在同一个时间段t内的tt时刻采集了大于1次的相同数据；
[0016]缺失值为在时间段t的tt时刻没有采集到的数据，使用其上一时刻或下一时刻的数据进行填补。
[0017]在步骤3中，每个水库在时间段t内的储水量历史平均值的获得方式为：在时间段t内的每个tt时刻采集一次水库的储水量，之后求取该时间t内所有采集时刻储水量的平均值作为该水库在该时间段t内的储水量；
[0018]对每个时间段t起始时刻的历史储水量求和后进行平均，得到时间段t起始时刻的历史储水量平均值；
[0019]对每个时间段t结束时刻的历史储水量求和后进行平均，得到时间段t终止时刻的历史储水量平均值；
[0020]对每个时间段t结束时刻每个水库水面的历史高度求和后进行平均，得到时间段总数T内每个水库水面的历史高度平均值，即时间段t结束时刻每个水库水面的历史高度平均值；
[0021]对每个时间段t结束时刻每个水库上游水库模拟尾水位求和后进行平均，得到时间段总数T内每个水库上游水库历史尾水位平均值，即时间段t结束时刻每个水库上游水库历史尾水位平均值。
[0022]在步骤4中，计算水电站发电用水量时所使用的出力系数xs
n
可以根据水电站的实际效率进行设定，优选的，计算方法为yr表示水电站已使用的年数。
[0023]在步骤5中，连接多水库的水电站产电量最大化的目标函数为：
[0024][0025]其中，HP指多水库水电站水力发电产电总量；
[0026]N为多水库的水库数量；
[0027]T为水力发电的时间段总数；
[0028]为在时间段t内连接第n个水库的水电站的目标功率；
[0029]pc
n
为第n个水库目标储水量的惩罚值，选取范围为[
‑
60,
‑
40]；
[0030]表示第n个水库在t时间段内的储水量模拟平均值；
[0031]ts
n
表示第n个水库的目标储水量。
[0032]连接第n个水库的水电站的目标功率满足以下关系式：
[0033][0034]其中，g为重力加速度，
[0035]xs
n
为连接第n个水库的水电站出力系数，表示水电站的效率；每个水电站的效率
系数可以根据水电站的使用年限决定，优选的，计算方法为yr表示水电站已使用的年数；
[0036]为第n个水库在时间段t内可出水量；
[0037]为连接第n个水库的水电站在时间段t内发电量与该水电站额定容量之比；
[0038]为时间段t内连接第n个水库的水电站净水头的平均值；
[0039]为连接第n个水库的水电站历史最大功率。
[0040]水库在时间段t内可出水量满足以下关系式：
[0041][0042]其中，表示第n个水库在t时间段内的储水量模拟平均值；
[0043]表示第n个水库在t时间段起始时刻的储水量模拟值；
[0044]表示第n个水库在t时间段终止时刻的储水量模拟值；
[0045]表示连接第n个水库的水电站在t时间段内发电所需水量。
[0046]时间段t内净水头的平均值满足以下关系式：
[0047][0048]其中，为时间段t结束时刻第n个水库水面的模拟高度，为时间段t
‑
1结束时刻第n个水库水面的模拟高度，表示时间段t结束时刻第n个水库上游水库模拟尾水位。
[0049]步骤6包括以下内容：
[0050]步骤601，为以及分别初始化其对应的种群；
[0051]表示第n个水库在t时间段内的储水量模拟平均值；
[0052]表示第n个水库在t时间段起始时刻的储水量模拟值；
[0053]表示第n个水库在t时间段终止时刻的储水量模拟值；
[0054]为时间段t结束时刻第n个水库水面的模拟高度；
[0055]表示时间段t结束本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于改进无梯度算法的多水库水电站功率优化方法，包括以下步骤：步骤1，采集每个时间段t内多水库发电运行的相关数据，时间段总数为T；步骤2，对步骤1中所采集的数据进行预处理；步骤3，计算每个水库在时间段t内的储水量历史平均值、时间段t起始时刻的历史储水量平均值、时间段t终止时刻的历史储水量平均值、时间段t结束时刻每个水库水面的历史高度平均值、时间段t结束时刻每个水库上游水库历史尾水位平均值；步骤4，使用连接每个水库的水电站在每个时间段t的发电量以及每个水电站的额定水头计算得到每个水电站在时间段t内的发电用水量头计算得到每个水电站在时间段t内的发电用水量步骤5，构建连接多水库的水电站产电量最大化的目标函数；步骤6，对步骤5构建的目标函数进行求解，得到目标函数的最大值以及获得目标函数最大值时相关参数的值。2.根据权利要求1所述的多水库水电站功率优化方法，其特征在于：所述相关数据包括水库发电运行建模所需相关参数包括水库的数量N，连接每个水库的水电站在每个时间段t的历史发电量，每个水电站的额定水头，每个水库在每个t时间段起始时刻的历史储水量，每个水库在每个t时间段终止时刻的历史储水量，每个水库在每个t时间段内的储水量历史平均值，每个时间段t结束时刻每个水库水面的历史高度以及每个时间段t结束时刻每个水库上游水库历史尾水位。3.根据权利要求1所述的多水库水电站功率优化方法，其特征在于：在所述步骤2中，预处理包括对重复值的剔除以及缺失值的填补；重复值为对于同一水电站，在同一个时间段t内的tt时刻采集了大于1次的相同数据；缺失值为在时间段t的tt时刻没有采集到的数据，使用其上一时刻或下一时刻的数据进行填补。4.根据权利要求1所述的多水库水电站功率优化方法，其特征在于：在所述步骤3中，每个水库在时间段t内的储水量历史平均值的获得方式为：在时间段t内的每个tt时刻采集一次水库的储水量，之后求取该时间t内所有采集时刻储水量的平均值作为该水库在该时间段t内的储水量；对每个时间段t起始时刻的历史储水量求和后进行平均，得到时间段t起始时刻的历史储水量平均值；对每个时间段t结束时刻的历史储水量求和后进行平均，得到时间段t终止时刻的历史储水量平均值；对每个时间段t结束时刻每个水库水面的历史高度求和后进行平均，得到时间段总数T内每个水库水面的历史高度平均值，即时间段t结束时刻每个水库水面的历史高度平均值；对每个时间段t结束时刻每个水库上游水库模拟尾水位求和后进行平均，得到时间段总数T内每个水库上游水库历史尾水位平均值，即时间段t结束时刻每个水库上游水库历史尾水位平均值。5.根据权利要求1所述的多水库水电站功率优化方法，其特征在于：在所述步骤4中，计算水电站发电用水量时所使用的出力系数xs
n
可以根据水电站的实际效率进行设定，优选的，计算方法为yr表示水电站已使用的年数。
6.根据权利要求1或5所述的多水库水电站功率优化方法，其特征在于：在所述步骤5中，连接多水库的水电站产电量最大化的目标函数为：其中，HP指多水库水电站水力发电产电总量；N为多水库的水库数量；T为水力发电的时间段总数；为在时间段t内连接第n个水库的水电站的目标功率；为第n个水库目标储水量的惩罚值，选取范围为[
‑
60，
‑
40]；表示第n个水库在t时间段内的储水量模拟平均值；ts
n
表示第n个水库的目标储水量。7.根据权利要求6所述的多水库水电站功率优化方法，其特征在于：连接第n个水库的水电站的目标功率满足以下关系式：其中，g为重力加速度，xs
n
为连接第n个水库的水电站出力系数，表示水电站的效率；每个水电站的效率系数可以根据水电站的使用年限决定，优选的，计算方法为yr表示水电站已使用的年数；为第n个水库在时间段t内可出水量；为连接第n个水库的水电站在时间段t内发电量与该水电站额定容量之比；为时间段t内连接第...

【专利技术属性】
技术研发人员：董金良，赵永志，种法政，闫林，刘小伟，张洲境，
申请(专利权)人：国网新源控股有限公司新疆哈密抽水蓄能有限公司，
类型：发明
国别省市：