一种基于多目标变惩罚系数的梯级水电站群弃水控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多目标变惩罚系数的梯级水电站群弃水控制方法，运用双层优化调度模型控制梯级弃水量，外层以梯级发电量最大和梯级弃水量最小为目标，用多目标优化算法NSGA

【技术实现步骤摘要】
一种基于多目标变惩罚系数的梯级水电站群弃水控制方法


[0001]本专利技术属于水库调度
，具体涉及一种基于多目标变惩罚系数的梯级水电站群弃水控制方法。

技术介绍

[0002]弃水是水电富集地区水库调度面临的主要问题，弃水控制方法的研究对水库调度十分重要，直接关系到水电站调度的社会和经济效益。为了充分发挥水库的水头效益，水库大多维持在高水位运行，然而这种调度方式缺乏对弃水控制方面的考虑，因此，在实际调度中，除了考虑发电量最大，还需要尽可能减少弃水量。目前对于弃水控制的研究主要集中在汛期，对于汛前弃水控制方式的研究不多，且一般是对出力进行惩罚来增大保证率，因此引入惩罚系数来减少汛前弃水量也是一种不错的方法。然而，大部分使用惩罚系数控制的研究，倾向于保持惩罚系数为一个固定值，没有考虑变惩罚系数带来的影响，本专利技术提出了一种运用变惩罚系数来对汛前弃水进行控制的方法，不同时段的惩罚系数可以通过优化模型进行确定，通过各时段给定不同的惩罚系数，以便于更好地达到控制弃水的效果。

技术实现思路

[0003]基于上述技术问题，本专利技术运用双层优化调度模型，外层以梯级发电量最大和梯级弃水量最小为目标，用多目标优化算法NSGA
‑
II优化惩罚系数时间序列；内层以上游电站发电量最大为目标，通过DDDP算法进行单目标水库优化调度计算。
[0004]为解决上述计算问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种基于多目标变惩罚系数的梯级水电站群弃水控制方法，包括如下步骤：
[0006]步骤S1.建立双层优化调度模型，其中外层以梯级发电量最大和梯级弃水量最小为目标，内层以上游电站发电量最大为目标；
[0007]步骤S2.外层用多目标优化算法NSGA
‑
II优化惩罚系数时间序列，内层通过DDDP算法进行单目标水库优化调度计算，并且通过惩罚系数对下游电站弃水进行控制。
[0008]进一步地，目标函数如下：
[0009](1)外层有两个目标函数：
[0010](i)调度时段T内梯级总发电量最大，即：
[0011][0012]式中：E1为n个水库时段T内梯级总发电量；i为水库序号；n为梯级水库总数；T为时段总数，t∈[1,T]；N
it
为第i个水库t时段的有效实际出力；为第i个水库t时段发电引用流量；为第i个水库t时段耗水率；Δt为时段间隔长；
[0013](ii)调度时段T内梯级总弃水量最小，即：
[0014][0015]式中：QS为时段T内总弃水量；Qqs
it
为t时段第i个水库弃水流量；
[0016](2)内层目标函数为上游电站总发电量最大，即：
[0017][0018]式中：E2为时段T内总发电量；T为时段总数，t∈[1,T]；N
t
为第t时段的有效实际出力；为t时段发电引用流量；为t时段耗水率；Δt为时段间隔长。
[0019]进一步地，所述步骤S2具体包括如下子步骤：
[0020]S21.输入梯级电站水位流量数据，生成初始惩罚系数序列种群；
[0021]S22.将初始惩罚系数序列代入到内层的DDDP求解算法中，求解上游电站最优运行水位，计算上游电站出库流量，通过区间流量计算下游电站入库流量，进而计算梯级发电量和梯级弃水量；
[0022]S23.通过NSGA
‑
II算法更新惩罚系数序列，计算满足目标的惩罚系数Pareto解集。
[0023]进一步地，约束条件如下：
[0024](1)外层：
[0025]0≤α
t
≤α
max
ꢀꢀ
(4)
[0026]式中：α
t
为t时段惩罚系数，α
max
为惩罚系数上限；
[0027](2)内层：
[0028](i)包括水量平衡约束，水库水位约束，水电站水头约束，水电站总出力约束，出库流量约束；
[0029](ii)考虑下游电站机组满发流量的约束条件，引入惩罚系数对下游电站弃水量进行控制，具体表达式如下：
[0030][0031]式中：q
t
为t时段上游电站出库流量，Qqj
t
为t时段下游电站区间流量，通过下游电站入库流量减去上游电站出库流量得到，a
t
为t时段惩罚系数，q
′
t
为惩罚后的t时段上游电站库流量，为下游电站机组t时段机组满发流量。
[0032]与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：
[0033]本专利技术只需要对上游电站进行优化调度计算，通过惩罚系数控制下游电站弃水量，通过引入变惩罚系数，并对各时段惩罚系数进行优化，相对于惩罚系数保持不变，可以更多地减少下游电站弃水量，进而减少梯级弃水量，且构建双层优化模型可以自动优化惩罚系数，不必手动调整，具有客观性。
附图说明
[0034]图1为本专利技术的流程图；
[0035]图2为本专利技术实施例中2022年1～5月不同惩罚系数下梯级发电量和梯级弃水量变
化图；
[0036]图3为本专利技术实施例中2012年1～5月不同惩罚系数下梯级发电量和梯级弃水量变化图；
[0037]图4为本专利技术实施例中2010年1～5月不同惩罚系数下梯级发电量和梯级弃水量变化图。
具体实施方式
[0038]以下结合附图、实施例和对比例详细说明本专利技术技术方案。
[0039]实施例
[0040]本实施例提供一种基于多目标变惩罚系数的梯级水电站群弃水控制方法，包括如下步骤：
[0041]步骤S1.建立双层优化调度模型，其中外层以梯级发电量最大和梯级弃水量最小为目标，内层以上游电站发电量最大为目标；
[0042]步骤S2.外层用多目标优化算法NSGA
‑
II优化惩罚系数时间序列，内层通过DDDP算法进行单目标水库优化调度计算，并且通过惩罚系数对下游电站弃水进行控制。
[0043]优化调度模型如下：
[0044](1)外层有两个目标函数：
[0045](i)调度时段T内梯级总发电量最大，即：
[0046][0047]式中：E1为n个水库时段T内总发电量；i为水库序号；n为梯级水库总数；T为时段总数，t∈[1，T]；N
it
为第i个水库第t时段的有效实际出力；为第i个水库t时段发电引用流量；为第i个水库t时段耗水率；Δt为时段间隔长。
[0048](ii)调度时段T内梯级总弃水量最小，即：
[0049][0050]式中：Q5为n个水库时段T内总弃水量；Qqs
it
为第i个水库t时段弃水流量，其余符号意义同上。
[0051](2)内层目标函数为上游电站总发电量最大，即：
[0052][0053]式中：E2为时段T内总发电量；T为时段总数，t∈[1，T]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多目标变惩罚系数的梯级水电站群弃水控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1.建立双层优化调度模型，其中外层以梯级发电量最大和梯级弃水量最小为目标，内层以上游电站发电量最大为目标；步骤S2.外层用多目标优化算法NSGA
‑
II优化惩罚系数时间序列，内层通过DDDP算法进行单目标水库优化调度计算，并且通过惩罚系数对下游电站弃水进行控制。2.如权利要求1所述的一种基于多目标变惩罚系数的梯级水电站群弃水控制方法，其特征在于，目标函数如下：(1)外层有两个目标函数：(i)调度时段T内梯级总发电量最大，即：式中：E1为n个水库时段T内梯级总发电量；i为水库序号；n为梯级水库总数；T为时段总数，t∈[1,T]；N
it
为第i个水库t时段的有效实际出力；为第i个水库t时段发电引用流量；为第i个水库t时段耗水率；Δt为时段间隔长；(ii)调度时段T内梯级总弃水量最小，即：式中：QS为时段T内总弃水量；Qqs
it
为t时段第i个水库弃水流量；(2)内层目标函数为上游电站总发电量最大，即：式中：E2为时段T内总发电量；T为时段总数，t∈[1,T]；N
t
为第t时段的有效实际出力；为t时段发电引用流量；为t时段耗水率；Δt为时段间隔长。3.如权利要求1所述的一种基于多目标变惩罚系数的梯级水电站群弃水控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下子步骤：S...

【专利技术属性】
技术研发人员：董前进，龙达，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：