一种基于SOS2混合整数线性规划的梯级水库优化调度算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于SOS2混合整数线性规划的梯级水库优化调度算法包括，建立一种梯形水库优化调度模型；基于所述优化调度模型确定数据的插值范围，选取格点，生成二维网格；给每个所述格点赋予权重值，在SOS2约束条件下，进行优化；对优化后的权重值进行计算，求出最优解并输出。本发明专利技术所提出的混合整数线性规划(MILP)算法框架计算效率高，该方法的计算时间随着水库数量的增加呈线性增加。本发明专利技术所提出的混合整数线性规划(MILP)算法框架对水库优化调度问题的约束条件进行分段线性处理，可以在一定程度上减少与原问题的偏差，保证了线性化的精度。化的精度。化的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SOS2混合整数线性规划的梯级水库优化调度算法


[0001]本专利技术涉及运筹学
，尤其涉及一种基于SOS2混合整数线性规划的梯级水库优化调度算法。

技术介绍

[0002]根据不同的划分依据，水库优化调度有多种分类方式。水库优化调度问题按运行周期长短可以分为中长期调度、短期调度和实时调度等：长期调度可指导短期调度方案的制订，短期调度应考虑长期调度所获得的边界条件或余留效益，将长期调度分配给本时段的蓄泄决策分配为更精细的时段蓄泄过程。水库优化调度问题按调度规模可以分为单库调度和库群调度：水库群联合运行的优势是可以通过补偿调度和控制水库蓄泄方式提高梯级总保证出力和总发电量，可以明显改善下游调节能力不足的水库的运行状况，提高水资源的综合利用效益。水库优化调度问题按优化目标可以分为单目标和多目标优化调度：水库多目标优化调度一般同时考虑保证出力、发电量、供水、防洪等多个因素中的两个或多个。多目标优化是指有两个及以上的互相冲突的目标，可以对各个目标赋予权重将原问题转化为单目标问题；或直接采用多目标算法求解非劣解集；也可从单目标解算出发，将其他目标在约束条件中考虑，通过求解一系列的单目标问题推求相应多目标问题的非劣解集。
[0003]水库优化调度的数学模型都是有约束的优化模型，求解途径与方法繁多。优化算法可以粗略的分为两类：精确算法和启发式算法。精确算法一般又称为确定性算法、数学规划方法等。数学规划方法是运筹学的重要分支，主要包括线性规划、非线性规划及动态规划等方法。启发式算法的重要分支——元启发式算法，通常又称为智能算法，由于其全局搜索能力和易用性，是近20年的水电站水库调度研究热点。
[0004]数学优化方法主要包括线性规划、动态规划、非线性规划等。
[0005]线性规划是一类具有严格线性目标函数和约束条件的数学规划问题，线性规划一定是凸规划问题，是一类相对容易求解的问题，线性规划的求解方法有单纯形方法、椭球法、内点法等。就水电站水库系统而言，蓄水量
‑
水位、出库流量
‑
尾水位、水头
‑
耗水率、水头
‑
最大发电引用流量限制等都是非线性关系，同时彼此相互影响，是典型的非凸非线性问题，而线性规划要求严格的线性目标和线性约束，从这个角度来看，可以认为线性规划不适用或者精度较差。然而实际的计算和研究表明，采用适当的建模技巧、逼近方法和修正策略，线性规划依然能够得到满意的结果。混合整数线性规划是在线性规划的基础上加入整数变量，混合整数线性规划是混合整数规划(mixed integer programming,MIP)的一种。与线性规划相比，引入整数变量显著增强了混合整数线性规划的建模能力。整数变量在水库优化调度问题中有两个重要的功能：一个是用作非线性函数的分段线性处理；另一个是处理离散的约束条件。
[0006]动态规划是一种求解多阶段决策问题的方法。动态规划可以求解非凸、非线性和存在离散变量的优化问题，但它要求目标函数和约束条件是阶段可分的。不像线性规划那样有标准的数学表达式定义和通用的求解工具包，动态规划必须针对具体问题进行具体分
析。在运用动态规划求解水库优化调度问题时，阶段一般是时段，状态一般是水库蓄水量和入库流量，决策一般是出库流量。动态规划是求解水电站水库优化调度问题的基本方法，并且有着极为广泛的应用。理论上，动态规划能够得到全局最优解，但是在实际应用中状态变量(如蓄水量等)的离散精度有限，其所得到的解并非原问题的理论最优解。然而，如果采用很高的离散精度，则会导致离散状态的增多，特别是对于大规模问题，离散状态的组合呈指数增长，会遇到显著的维数灾困难。
[0007]智能算法是受生物行为或自然现象启发而设计的随机搜索方法，具备一定的全局搜索能力。智能算法虽然在理论上能证明其最终会收敛到全局解，但是在实际应用中，多数智能算法都较容易陷入局部最优解。此外，智能算法得出的解有不稳定的特点。尽管如此，智能算法具有无可比拟的灵活性和快速收敛的能力，是近20年来水电站水库调度领域的研究热点。一般可以分为：模拟群体行为、模拟自然选择、模拟物理原理。
[0008]如果目标函数或约束条件中含有非线性函数，就称这种规划问题为非线性规划问题；在非线性规划的基础上加入整数变量，则称为混合整数非线性规划。尽管二者能够较为直接、准确地表达一个水库优化调度模型，但是由于非线性函数的复杂性，解非线性规划问题要比解线性规划问题困难得多，而且非凸问题无法保证全局最优。因此，利用建模技巧和拟合手段，对非线性部分线性化，重构模型，能够有效提高求解效率。

技术实现思路

[0009]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0010]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0011]因此，本专利技术提供了一种基于SOS2混合整数线性规划的梯级水库优化调度算法，能够解决传统算法的非线性规划容易陷入局部最优解的问题，无克服了常规线性规划方法精度较差或者不可行的问题。
[0012]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案，一种基于SOS2混合整数线性规划的梯级水库优化调度算法，包括：
[0013]建立一种梯形水库优化调度模型；
[0014]基于所述优化调度模型确定数据的插值范围，选取格点，生成二维网格；
[0015]给每个所述格点赋予权重值，在SOS2约束条件下，优化得到一组权重值；
[0016]对优化后的权重值进行计算，求出最优解并输出。
[0017]作为本专利技术所述的基于SOS2混合整数线性规划的梯级水库优化调度算法的一种优选方案，其中：所述梯形水库优化调度模型，包括，目标函数：
[0018][0019]其中：为将以m3/s为单位的流量转换为以MW为单位的功率的系数，T为总时段数，N为梯级水库个数，W1、W2、W3为目标权重，W1＞＞W2＞＞W3，spl
it
为水库i在时段t的弃水，单位：m3/s，F为此梯级水库的保证出力，P
it
为水库i在时段t的出力，单位：MW。
[0020]作为本专利技术所述的基于SOS2混合整数线性规划的梯级水库优化调度算法的一种优选方案，其中：所述梯形水库优化调度模型，还包括，
[0021]水量平衡约束，包括：
[0022][0023][0024]spl
it
+q
it
＝Q
it
(4)
[0025]其中，V
i,t+1
为水库i在时段t+1的库容，V
it
为水库i在时段t初的库容，V
i,0
为水库i在开始时段的库容，V
i,T
为水库i在最终时段的库容，分别为水库i的调度期初始库容与末库容，单位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SOS2混合整数线性规划的梯级水库优化调度算法，其特征在于：包括，建立一种梯形水库优化调度模型；基于所述优化调度模型确定数据的插值范围，选取格点，生成二维网格；给每个所述格点赋予权重值，在SOS2约束条件下，进行优化；对优化后的权重值进行计算，求出最优解并输出。2.如权利要求1所述的一种基于SOS2混合整数线性规划的梯级水库优化调度算法，其特征在于：所述梯形水库优化调度模型，包括，目标函数：其中：为将以m3/s为单位的流量转换为以MW为单位的功率的系数，T为总时段数，N为梯级水库个数，W1、W2、W3为目标权重，W1＞＞W2＞＞W3，spl
it
为水库i在时段t的弃水，单位：m3/s，F为此梯级水库的保证出力，P
it
为水库i在时段t的出力，单位：MW。3.如权利要求2所述的一种基于SOS2混合整数线性规划的梯级水库优化调度算法，其特征在于：所述梯形水库优化调度模型，还包括，水量平衡约束，包括：包括：spl
it
+q
it
＝Q
it
(4)其中，V
i,t+1
为水库i在时段t+1的库容，V
it
为水库i在时段t初的库容，V
i,0
为水库i在开始时段的库容，V
i,T
为水库i在最终时段的库容，分别为水库i的调度期初始库容与末库容，单位：百万m3；Q
it
为水库i在时段t的出库流量，单位：m3/s；I
it
为水库i在时段t的区间径流，单位：m3/s；q
it
为水库i在时段t的发电流量，单位：m3/s；spl
it
为水库i在时段t的弃水流量，单位：m3/s；Ω(I)为水库i的上游连接水库；Δt为时段间隔，单位：天；库容与出库流量约束：其中，为水库i的死库容，单位：百万m3；为水库i的库容上限，汛期时取水库防洪限制水位对应的库容，枯期时为正常蓄水位对应的库容；枯期时为正常蓄水位对应的库容；为水库i在时段t的出库流量上下限，单位：m3/s；保证出力约束：
水库弃水、出力约束：P
it
＝A
i
·
q
it
·
h
it
(7)水库的发电流量q
it
受限于不同水头：其中，其中，由(4)和(8)可得：根据目标函数的优化目标，可以得到：A
i
为水库i的发电系数，单位：MW
·
s/m4；h
it
为水库i在时段t的水头；为水库i在时段t的发电能力，是水头h
it
的函数；分别是水库i在时段t的坝前水位和尾水位，分别由库容水位曲线(Z
‑
V)和尾水位曲线(Z
‑
Q)所确定，为V
it
和V
i,t+1
的平均值。4.如权利要求3所述的一种基于SOS2混合整数线性规划的梯级水库优化调...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘双全，钱国源，邵其专，王鹏成，王金文，吴洋，李家鹏，张琳波，杨韵琛，赵栩，张杰，符凯祥，杨泽泰，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：