一種梯級(jí)水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的正交離散微分動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于水電優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行領(lǐng)域，公開了一種梯級(jí)水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的正交離散微分動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，該方法通過采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與離散微分動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法相結(jié)合，以DDDP為基礎(chǔ)框架，將每個(gè)階段各電站不同離散狀態(tài)之間的組合分別視為一次多因素多水平試驗(yàn)優(yōu)選問題：N個(gè)電站分別視為N項(xiàng)試驗(yàn)因素，各電站均在相應(yīng)鄰域內(nèi)取Q個(gè)離散狀態(tài)，電站i的不同離散狀態(tài)視為因素i不同水平，各電站離散狀態(tài)構(gòu)成的一個(gè)狀態(tài)組合視為一項(xiàng)試驗(yàn)方案，利用正交表從全部狀態(tài)組合中選取具有“均勻分散，整齊可比”性質(zhì)的部分狀態(tài)組合進(jìn)行計(jì)算。本發(fā)明避免DDDP算法各時(shí)段所有電站不同離散狀態(tài)之間的全面組合，有效降低計(jì)算復(fù)雜度，顯著提升電站計(jì)算規(guī)模和運(yùn)算效率，對(duì)大規(guī)模水電系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度問題的研究具有良好的參考和應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】—種梯級(jí)水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的正交離散微分動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水電優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行領(lǐng)域，特別涉及一種梯級(jí)水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的正交離散微分動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法。
技術(shù)背景
[0002]水電是我國現(xiàn)階段開發(fā)和運(yùn)行技術(shù)最為成熟、市場競爭力最強(qiáng)的清潔可再生能源，開展大規(guī)模水電系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度有利于解決我國能源結(jié)構(gòu)時(shí)空部分不均，實(shí)現(xiàn)電力資源的優(yōu)化配置，促進(jìn)風(fēng)能、光伏能等新能源的大規(guī)模并網(wǎng)。隨著全國十三大水電基地的陸續(xù)建成投產(chǎn)，各大流域在“梯級(jí)、滾動(dòng)、綜合”的開發(fā)模式下逐步形成了裝機(jī)規(guī)模龐大的梯級(jí)水電站群系統(tǒng)，但是梯級(jí)水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度問題具有高維次、多階段、非線性、多約束等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃被廣泛應(yīng)用于求解梯級(jí)水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度問題，但隨計(jì)算規(guī)模擴(kuò)大面臨嚴(yán)峻的“維數(shù)災(zāi)”問題。DDDP是一種以逐次漸進(jìn)逼近理論為核心的動(dòng)態(tài)規(guī)劃改進(jìn)方法。它首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或其他方法獲得可滿足約束條件和邊界條件的初始試驗(yàn)軌跡，然后在該試驗(yàn)軌跡的鄰域內(nèi)對(duì)各電站不同時(shí)段的狀態(tài)變量進(jìn)行離散形成廊道，并采用常規(guī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃在各時(shí)段離散狀態(tài)組合間尋找一條改善軌跡，將本次迭代獲得的最優(yōu)軌跡和相應(yīng)最優(yōu)策略作為下次迭代的試驗(yàn)軌跡與試驗(yàn)策略，反復(fù)迭代直至滿足收斂條件。由于DDDP無需在狀態(tài)變量的整個(gè)可行域內(nèi)尋優(yōu)，僅在試驗(yàn)軌跡某個(gè)鄰域內(nèi)較少的離散點(diǎn)上選優(yōu)，與動(dòng)態(tài)規(guī)劃相比，可有效降低計(jì)算存儲(chǔ)量和運(yùn)算時(shí)間。但由于DDDP仍需在各時(shí)段對(duì)所有電站的不同離散狀態(tài)進(jìn)行全面組合，當(dāng)參與計(jì)算的水電站數(shù)目增加時(shí)依然無法避免“維數(shù)災(zāi)”問題。假設(shè)系統(tǒng)共有N座電站，每個(gè)電站在每個(gè)時(shí)段均離散Q個(gè)狀態(tài)，若進(jìn)行全面組合，單個(gè)時(shí)段共有Qn種組合，顯然DDDP單時(shí)段狀態(tài)組合數(shù)目仍隨電站和狀態(tài)離散數(shù)目呈指數(shù)增長，維數(shù)災(zāi)問題難以避免。
[0003]本發(fā)明成果采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與離散微分動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法(DiscreteDifferential Dynamic Programming, DDDP)相結(jié)合,在構(gòu)造各時(shí)段狀態(tài)組合時(shí)采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)選取部分狀態(tài)組合進(jìn)行計(jì)算，避免各電站離散狀態(tài)之間的全面組合，有效降低算法計(jì)算復(fù)雜度，對(duì)大規(guī)模水電系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度問題的研究具有良好的參考和應(yīng)用價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種梯級(jí)水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的正交離散微分動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，以處理DDDP存在的維數(shù)災(zāi)問題。該方法以DDDP為基礎(chǔ)，在構(gòu)造各時(shí)段狀態(tài)組合時(shí)采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)選取部分狀態(tài)組合進(jìn)行計(jì)算，避免各電站離散狀態(tài)之間的全面組合，有效降低算法計(jì)算復(fù)雜度，解決水電站數(shù)目增多導(dǎo)致的“維數(shù)災(zāi)”問題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:本發(fā)明揭示了一種梯級(jí)水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的正交離散微分動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，按照下述步驟(I)-(1)完成梯級(jí)水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度過程:
[0006](I)設(shè)定狀態(tài)離散數(shù)目Q、最大迭代次數(shù)?和終止精度ε等計(jì)算參數(shù)。
[0007](2)由電站數(shù)目N及狀態(tài)離散數(shù)目Q選取合適的Lm(Qf)正交表，取其前N列構(gòu)成所需正交表，此時(shí)正交表為Lm(Qn) = (am； ^mxno
[0008](3)根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)或等流量等方法生成符合各種約束條件的初始試驗(yàn)軌跡
，并計(jì)算獲取各電站初始狀態(tài)離散增量，計(jì)算公式如下:

【權(quán)利要求】
1.一種梯級(jí)水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的正交離散微分動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，其特征包括如下步驟: (1)設(shè)定狀態(tài)離散數(shù)目Q、最大迭代次數(shù)?和終止精度ε等計(jì)算參數(shù)； (2)由電站數(shù)目N及狀態(tài)離散數(shù)目Q選取合適的Lm(Qf)正交表，取其前N列構(gòu)成所需正交表，此時(shí)正交表為Lm(Qn) = (am；i)MXN； (3)根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)或等流量等方法生成符合各種約束條件的初始試驗(yàn)軌跡Z° ?L.，并計(jì)算獲取各電站初始狀態(tài)離散增量，計(jì)算公式如下:
其中Zu、Ai j分別表示電站i在時(shí)段j的初始狀態(tài)及其離散增量； (4)置迭代次數(shù)k= I ; (5)由各電站當(dāng)前狀態(tài)、相應(yīng)離散增量及正交表構(gòu)造各時(shí)段狀態(tài)組合；以時(shí)段j為例，第m個(gè)正交試驗(yàn)方案中電站i相應(yīng)狀態(tài)mZu計(jì)算公式為:
其中bd表示不大于X的最大整數(shù)； (6)利用懲罰函數(shù)法和常規(guī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃在各時(shí)段狀態(tài)組合中獲取較優(yōu)軌跡z1，若Z1優(yōu)于Z0,則令 Z° = Z1 ; (7)令k= k+Ι，若則轉(zhuǎn)至步驟(10);否則轉(zhuǎn)至步驟⑶； (8)
,則縮小所有電站狀態(tài)離散增量，Vi,jΔij=Δij/2，轉(zhuǎn)至步驟(9);否則返回步驟(5)； (9)若
則轉(zhuǎn)至步驟(10);否則返回步驟(5)； (10)停止計(jì)算，輸出最優(yōu)軌跡Ζ°。
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK104166887SQ201410415809
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】程春田, 馮仲愷, 牛文靜, 廖勝利, 武新宇, 李剛, 申建建 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)