一種多Agent的水電站群短期優(yōu)化調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于測試技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于任務(wù)自動(dòng)分配型多Agent的水電站 群短期優(yōu)化調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著目前國內(nèi)水電站群規(guī)模的日益擴(kuò)大W及流域滾動(dòng)開發(fā)公司相繼成立，大規(guī) 模、跨流域、跨省、跨區(qū)域已經(jīng)成為我國水電調(diào)度的顯著特征，產(chǎn)生了很多新的復(fù)雜調(diào)度和 運(yùn)行技術(shù)難題，突出表現(xiàn)在系統(tǒng)求解和運(yùn)行效率方面。大規(guī)模水電站群優(yōu)化調(diào)度問題具有 高維、非線性、多階段、強(qiáng)約束等特點(diǎn)，求解過程十分困難，而不斷擴(kuò)大的水電系統(tǒng)使電站 間、梯級(jí)間存在著更為復(fù)雜的水力和電力聯(lián)系，增加了問題的約束條件數(shù)目。對(duì)于常規(guī)求 解方法而言，其計(jì)算量和計(jì)算時(shí)間隨電站及約束數(shù)目會(huì)呈指數(shù)增長，無法有效解決大規(guī)模 水電站群優(yōu)化調(diào)度問題。此外，隨著流域內(nèi)水電站數(shù)量的逐漸增多，電站間的水力、電力禪 合也越來越緊密，導(dǎo)致水電站群短期優(yōu)化調(diào)度問題的越來越復(fù)雜。優(yōu)化規(guī)模的巨大和復(fù)雜 直接導(dǎo)致了計(jì)算需要花費(fèi)更多的時(shí)間，但是水電站群的短期優(yōu)化調(diào)度對(duì)求解速度要求非常 高，常規(guī)計(jì)算方法已經(jīng)不能滿足其計(jì)算速度的要求?，F(xiàn)有的各種求解技術(shù)已經(jīng)越來越難W 滿足實(shí)際應(yīng)用的巨大規(guī)模水電站群短期調(diào)度求解速度需求，也即求解時(shí)間無法滿足需求。
[0003] Agent智能技術(shù)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的研究應(yīng)用起源于20世紀(jì)70年代中期美國的研究 人員開展的一系列關(guān)于分布式人工智能的研究，他們發(fā)現(xiàn)Agent通過協(xié)作將一些簡單的信 息系統(tǒng)組成一個(gè)大的整體系統(tǒng)可W有效的提高其處理復(fù)雜問題的能力，并且通過定義相適 應(yīng)的協(xié)作機(jī)制可W提高整體系統(tǒng)的智能水平。由此產(chǎn)生了具有人工智能性并能被動(dòng)地感 應(yīng)問題處理的信息還能夠主動(dòng)地預(yù)測、分析甚至積極尋找解決途徑W支持用戶完成任務(wù)的 Agent系統(tǒng)理念與方法。
[0004] 多Agent系統(tǒng)（Multi-AgentSystem,MA巧是指由多個(gè)可執(zhí)行的Agent子系統(tǒng)組 合而成。多Agent系統(tǒng)能夠進(jìn)行目標(biāo)問題的求解，隨環(huán)境變化而修改自己的行為，并能通過 網(wǎng)絡(luò)與其它Agent個(gè)體進(jìn)行通信、交互、協(xié)調(diào)共同完成同一項(xiàng)任務(wù)。通常，每個(gè)Agent被定 義為一個(gè)實(shí)物的或者抽象的現(xiàn)實(shí)體。在網(wǎng)絡(luò)與分布式環(huán)境下，每個(gè)Agent個(gè)體都是獨(dú)立的， 能作用于個(gè)體本身和外部環(huán)境變化，能操縱外部環(huán)境變化的部分表述，能對(duì)外部環(huán)境的變 化做出相應(yīng)的反映，更為重要的是能與其它Agent個(gè)體進(jìn)行通信、交互、協(xié)調(diào)共同完成既定 的任務(wù)目標(biāo)。所W，Agent應(yīng)具有自主性、交互性、反應(yīng)性和主動(dòng)性等特性。多Agent系統(tǒng)能 模擬大型組織機(jī)構(gòu)的群體工作，并能運(yùn)用其獨(dú)特的方式、方法，解決群體中的復(fù)雜問題。多 Agent系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。 陽〇化]目前，梯級(jí)水電站群短期優(yōu)化調(diào)度的求解模型分為兩大類。第一類是W水定電模 型，W給定的水優(yōu)化分配使其生產(chǎn)更多電能；第二類是W電定水模型，基于電網(wǎng)給定水電站 群實(shí)時(shí)負(fù)荷或負(fù)荷曲線進(jìn)行分配到各個(gè)電站，然后分配到各臺(tái)機(jī)組，使得整個(gè)水電站群耗 水能最少。
[0006] 目前Agent技術(shù)應(yīng)用到水電站群優(yōu)化調(diào)度的技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，其具 體內(nèi)容如下：
[0007] (1)建立兩種Agent,第一種是梯級(jí)中屯、Agent,代表整個(gè)梯級(jí)中屯、，用作管理協(xié)調(diào) 作用；第二種次是電站Agent,擁有電站基本數(shù)據(jù)，能夠進(jìn)行啟停機(jī)安排和機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化。 每個(gè)Agent內(nèi)都具有優(yōu)化算法。梯級(jí)中屯、下，每個(gè)電站都建為電站Agent。
[0008] (2)優(yōu)化計(jì)算時(shí)，梯級(jí)Agent接收上級(jí)電網(wǎng)的負(fù)荷調(diào)度信息并通過優(yōu)化算法分配 負(fù)荷到電站Agent,然后等待電站Agent反饋優(yōu)化結(jié)果。
[0009] (3)各個(gè)電站Agent接收梯級(jí)Agent分配的負(fù)荷信息，然后各自針對(duì)其電站進(jìn)行啟 停機(jī)計(jì)算、負(fù)荷分配優(yōu)化，然后將結(jié)果發(fā)送回梯級(jí)Agent。
[0010] (4)梯級(jí)Agent根據(jù)各個(gè)電站Agent反饋回來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)算更新調(diào)整，然后再 發(fā)送負(fù)荷信息到電站Agent;或者當(dāng)達(dá)到優(yōu)化要求時(shí)，就結(jié)束，不再通信。
[0011] 現(xiàn)有的短期優(yōu)化調(diào)度模型求解要么使用單臺(tái)計(jì)算機(jī)單線程計(jì)算、單臺(tái)計(jì)算機(jī)多線 程并行計(jì)算、多臺(tái)計(jì)算機(jī)并行計(jì)算和多Agent協(xié)同計(jì)算。顯然由于梯級(jí)水電站群規(guī)模曰益 擴(kuò)大，單臺(tái)計(jì)算機(jī)計(jì)算方式無法滿足計(jì)算速度的需要；目前的多臺(tái)并行計(jì)算是簡單的劃分 任務(wù)，可W在一定程度上縮短計(jì)算時(shí)間，但不能做到智能分配任務(wù)、智能協(xié)調(diào)等，導(dǎo)致計(jì)算 結(jié)果不理想?，F(xiàn)有的多Agent協(xié)同計(jì)算是按水電站個(gè)數(shù)來規(guī)劃Agent個(gè)數(shù)，與傳統(tǒng)多臺(tái)機(jī) 并行計(jì)算無較大差異，計(jì)算速度無法繼續(xù)提高。而且對(duì)新增水電站和新增機(jī)組的情況無法 適應(yīng)需要重新編寫編譯Agent。水電站群短期優(yōu)化調(diào)度求解算法一般分為兩類，一類是使用 的經(jīng)典算法或其改進(jìn)算法，經(jīng)典算法如動(dòng)態(tài)規(guī)劃對(duì)于大型水電站群的優(yōu)化計(jì)算，需要遍歷 所有可能的解。所W易發(fā)生"維數(shù)災(zāi)"，計(jì)算時(shí)間過長。另一類是使用的現(xiàn)代智能優(yōu)化算法， 其因計(jì)算速度快收斂快等特點(diǎn)被眾多學(xué)者研究，但由于它由初始解是隨機(jī)產(chǎn)生的W及迭代 過程有大量隨機(jī)量，導(dǎo)致其無法保障100%收斂，而且易陷入局部極值。所W兩類算法各有 缺點(diǎn)，經(jīng)典算法及其改進(jìn)算法缺點(diǎn)就是當(dāng)機(jī)組數(shù)或電站數(shù)增多時(shí)，易發(fā)生"維數(shù)災(zāi)"，導(dǎo)致計(jì) 算時(shí)間急劇增長。而現(xiàn)代智能優(yōu)化算法的缺點(diǎn)是不能保障每次都收斂，而且易收斂到局部 極值而非全局極值。因此需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了 一種基于任務(wù)自動(dòng)分配型多 Agent的水電站群短期優(yōu)化調(diào)度方法，本發(fā)明著重提高水電站群優(yōu)化調(diào)度求解速度和運(yùn)行 效率，解決現(xiàn)有求解技術(shù)無法滿足大規(guī)模水電站群短期優(yōu)化調(diào)度問題，本發(fā)明將會(huì)使整個(gè) 水電站群的發(fā)電效益達(dá)到最大，對(duì)推動(dòng)梯級(jí)水電站優(yōu)化調(diào)度的發(fā)展、提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平都 具有重要意義。
[0013] 為解決上述問題，本發(fā)明具體采用W下技術(shù)方案：
[0014] 一種多Agent的水電站群短期優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于，包括W下步驟，
[0015]步驟（1)，建立水電站群短期優(yōu)化調(diào)度模型
[0016] 目標(biāo)函數(shù)
[0017] 式中，E為各電站各時(shí)段耗能之和；T為調(diào)度周期；K為電站個(gè)數(shù)；Qk,t為第k電站t 時(shí)段的發(fā)電流量；Pk,t為第k電站t時(shí)段的出力；Hk,t為第k電站t時(shí)段的水頭； 陽〇1引約束條件：
[0019] (1)系統(tǒng)負(fù)荷平衡約束
t= 1，2…，T
[0020] 似各水電站出力限制
，k= 1，2…，Kt= 1，2…，T 陽02U 做水量平衡方程Vk,t+i=Vk,t+他nk,t-Qgenk,t-QdiSk,t)At，k= 1，2…，Kt= 1，2…，T
[0022] (4)水庫庫容約束Vmink《Vk,t《VmaXk，k= 1，2…，Kt= 1，2…，T
[0023] (5)梯級(jí)電站水流滯后約束
，k= 1，2…，Kt=Tk…，T
[0024] 式中，Pt為t時(shí)段梯級(jí)負(fù)荷，Pk,為k電站t時(shí)段的出力；靖胃是第k電站在第t 時(shí)段出力下限，巧!是第k電站在第t時(shí)段出力上限；Vk,t是第k電站在第t時(shí)段庫容，Vk,W是第k電站在第t+1時(shí)段庫容，Qirik,t是第k電站在第t時(shí)段來水流量，Qgenk,t是第k電站 在第t時(shí)段發(fā)電流量，QdiSk,t是第k電站在第t時(shí)段棄水流量，At為單位時(shí)段的時(shí)間長， Vmink為第k電站最小庫容約束W及按中長期規(guī)劃約束的綜合，Vmaxk為第k電站最大庫容 約束W及按中長期規(guī)劃約束的綜合；QQm為第k電站在第t時(shí)段上游區(qū)間來水；I., 為第k電站在第t時(shí)段流入上游電站的泄流；Tk為第k-1電站到第k電站的徑流傳播時(shí) 間；
[00巧]步驟（2)，建立短期優(yōu)化調(diào)度子模型 陽026] 目標(biāo)函數(shù)；
[0027] 式中，Q為電站T周期內(nèi)耗水流量之和，T為調(diào)度周期，n為機(jī)組數(shù)，Qgerit,i為t時(shí) 亥IJi機(jī)組的發(fā)電流量，\為t時(shí)刻i機(jī)組的出力，Ht為電站t時(shí)刻凈水頭，Qdist為電站t時(shí)刻棄水流量； 陽0測約束條件：
[0029] (1)功率平衡 i=l，2...，n ，
[0030] 似水量平衡約束Vw=Vt+(Qirit-Qgent-QdiSt)At，t= 1，2…，T 陽0川做出力約束，為水輪機(jī)效率和水頭決定\min《Ni《Ni,max，i= 1，2…，n[0032] (4)引用流量約束Qoutmin《QQoutmax，i= 1，2…，n 陽03引妨機(jī)組不可運(yùn)行區(qū)域W 含w;"'}，i= 1，2…，n