一种梯级水库联合发电优化调度模型的高效求解方法

技术领域

本发明涉及水电系统优化调度技术领域，具体地指一种梯级水库联合发电优化调度模型的高效求解方法。

背景技术

水库调度问题是水文水资源领域的经典问题。随着中国水电站开发工程的逐步推进，流域梯级水库的各级水电站依次竣工开始发电，如何充分发挥梯级水库联合优化调度效益是当前面临的主要困难。然而水库优化调度是一类具有非凸性、非连续、多约束的优化求解问题，现有的求解算法一般有求解效率低、解质量差、求解效果不稳定等缺点。因此，亟需对水库联合发电优化调度问题的高效求解方法开展相关研究。

动态规划及其系列改进方法是水库优化调度领域应用最广、理论体系最为成熟的算法。动态规划算法的中心思想是将一个问题分为多个子问题进行逐步求解，并通过对待优化模型的重叠子问题和最优子结构性质进行分析，有效避免了遍历寻优中的重复计算。动态规划方法对目标和约束的形式没有特定的要求，结构清晰、适用性强，也无需要率定的模型参数，可以得到相应离散精度条件下的理论最优解，因此很快在水库优化调度领域得到了广泛关注和迅猛发展。然而动态规划方法缺点也很明显，当参与调度计算的电站增加，动态规划算法表现出了严重的“维数灾”问题。许多专家学者对动态规划方法的改进展开了研究，提出了一系列改进方法。然而，除动态规划的一般方法以外，其他改进方法均有其适用范围和使用条件，获得的解不为全局最优解。为此，有必要提出一种利用梯级水库发电优化调度的目标的经济特性的改进动态规划算法，在不改变动态规划算法结构的前提下，通过缩小搜索范围从而提高计算效率，为梯级水库联合发电优化调度模型的高效求解提供一种可行方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种梯级水库联合发电优化调度模型的高效求解方法，旨在解决现有多维动态规划算法求解梯级水库联合发电调度模型时求解效率低的问题。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种梯级水库联合发电优化调度模型的高效求解方法，它包括以下步骤：

(1)、确定梯级水库在调度期初末的库容，作为调度计算的边界条件；收集调度期龙头水库的入库流量、各库之间的区间入流作为调度计算的输入；根据水库实际运行需求，确定梯级水库在调度期的水位、出库流量、出力等约束，并收集各水库的基础特性曲线数据；

(2)、将参与计算的N个水库的库容值按离散精度在库容上下限内进行离散，离散精度根据实际调度计算需求确定；初始化时段t＝T，其中，T为整个调度期的计算时段数；

(3)、在时段t，针对时段初梯级水库的所有可能的库容组合S

(4)、令t＝t-1，重复步骤(3)，直到遍历完成调度期内所有时段为止；

(5)、根据存储的最优状态转移关系，从第一个时段初开始进行回溯，获取梯级水库在整个调度期的最优库容过程。

优选地，步骤(3)中，时段初库容组合S

其中，b

优选地，步骤(3)中，针对梯级水库在第t时段初的所有可能的库容组合S

S1：将梯级水库在第t时段初的库容组合S

S2：对龙头水库的j

S3：采用上游水库在外层循环、下游水库在内层循环的方式，遍历该时段初龙头水库j

S4：采用上游水库在外层循环、下游水库在内层循环的方式，遍历该时段初除龙头水库j

优选地，步骤S3中，针对第t时段初龙头水库j

S3.1：针对该时段初{j

S3.2：在遍历该时段初龙头水库j

本发明的有益效果：

1、本发明方法基于梯级水库联合发电优化调度目标函数的凹凸性，对多维动态规划算法进行了改进，显著缩小了梯级水库库容组合的搜索空间，大幅提升了梯级水库联合发电优化调度模型的求解效率，为缓解“维数灾”问题提供了一种可行方法。

2、本发明方法采用了与多维动态规划算法相似的计算结构，在提升梯级水库联合发电优化调度模型求解效率的同时，也能很好地保证模型求解计算结果逼近全局最优解，具有良好的求解稳定性。

附图说明

图1为一种梯级水库联合发电优化调度模型的高效求解方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，一种梯级水库联合发电优化调度模型的高效求解方法，它包括以下步骤：

(1)、确定梯级水库在调度期初末的库容，作为调度计算的边界条件；收集调度期龙头水库的入库流量、各库之间的区间入流作为调度计算的输入；根据水库实际运行需求，确定梯级水库在调度期的水位、出库流量、出力等约束，并收集各水库的基础特性曲线数据；

(2)、将参与计算的N个水库的库容值按离散精度在库容上下限内进行离散，离散精度根据实际调度计算需求确定；初始化时段t＝T，其中，T为整个调度期的计算时段数；

(3)、在时段t，针对时段初梯级水库的所有可能的库容组合S

(4)、令t＝t-1，重复步骤(3)，直到遍历完成调度期内所有时段为止；

(5)、根据存储的最优状态转移关系，从第一个时段初开始进行回溯，获取梯级水库在整个调度期的最优库容过程。

优选地，步骤(3)中，时段初库容组合S

其中，b

优选地，步骤(3)中，针对梯级水库在第t时段初的所有可能的库容组合S

S1：将梯级水库在第t时段初的库容组合S

S2：对龙头水库的j

S3：采用上游水库在外层循环、下游水库在内层循环的方式，遍历该时段初龙头水库j

S4：采用上游水库在外层循环、下游水库在内层循环的方式，遍历该时段初除龙头水库j

优选地，步骤S3中，针对第t时段初龙头水库j

S3.1：针对该时段初{j

S3.2：在遍历该时段初龙头水库j

实施例：选取金沙江下游的乌东德、白鹤滩、溪洛渡三座梯级水库为对象进行案例研究。以梯级水库1959年7月至2018年6月的天然入库流量序列为依据，选取了丰水年(频率为25％)、平水年(频率为50％)、枯水年(频率为75％)的旬尺度入库流量作为来水输入，进行梯级水库联合发电优化调度模型求解试验，检验本发明方法的计算效果。

调度模型以旬为计算步长，以一个水文年(即7月初至次年6月末)为调度期，以汛限水位作为调度期的初库容与末水位，以1m作为离散精度，分别采用本发明方法和多维动态规划算法求解调度模型，并进行对比分析。

表1

表1给出了本发明方法、多维动态规划算法对梯级水库联合发电优化调度模型的求解结果。可以看出，在不同来水年份，本发明方法求解得到的年发电量比多维动态规划算法求解得到的年发电量小2.5～3亿kW·h，仅为多维动态规划算法求解结果的0.1％，表明本发明方法能够获得逼近全局最优的高质量解。此外，还可以看出，本发明方法在计算效率上具有明显优势，耗时仅为多维动态规划算法的3％左右，证明了本发明方法在解决“维数灾”问题上的良好性能。

综上所述，本发明与现有技术相比，存在以下优势：

本发明方法基于梯级水库联合发电优化调度目标函数的凹凸性，对多维动态规划算法进行了改进，显著缩小了梯级水库库容组合的搜索空间，大幅提升了梯级水库联合发电优化调度模型的求解效率，为缓解“维数灾”问题提供了一种可行方法。

本发明方法采用了与多维动态规划算法相似的计算结构，在提升梯级水库联合发电优化调度模型求解效率的同时，也能很好地保证模型求解计算结果逼近全局最优解，具有良好的求解稳定性。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。