一種基于參考線的并聯(lián)水庫(kù)確定性?xún)?yōu)化調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于水利電力技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于參考線的并聯(lián)水庫(kù)確定 性?xún)?yōu)化調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水庫(kù)群調(diào)度是一個(gè)典型的多目標(biāo)、多階段、多約束、非線性?xún)?yōu)化問(wèn)題，廣泛應(yīng)用的 水庫(kù)供蓄水判別系數(shù)法的最主要的缺陷是需人為地將調(diào)度期劃分為供水期、蓄水期、不蓄 不供期等時(shí)期，由于蓄、供水期的劃分與水庫(kù)調(diào)度周期內(nèi)的來(lái)水過(guò)程、水庫(kù)發(fā)電運(yùn)行方式等 因素密切相關(guān)，其起止時(shí)刻具有不確定性，難以準(zhǔn)確確定;傳統(tǒng)的優(yōu)化方法為動(dòng)態(tài)規(guī)劃及其 改進(jìn)算法，其中改進(jìn)的算法主要包括逐步優(yōu)化法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃逐次逼近法、狀態(tài)逐密動(dòng)態(tài)規(guī)劃 法和增量動(dòng)態(tài)規(guī)劃法等，與全狀態(tài)枚舉法相比，這些方法雖然大大減小了計(jì)算工作量，但卻 未從根本上克服水庫(kù)群調(diào)度"維數(shù)障礙"。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┑氖且环N基于參考線的并聯(lián)水庫(kù)確定性 優(yōu)化調(diào)度方法，其中通過(guò)對(duì)并聯(lián)水庫(kù)的參考線進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，在保證調(diào)度方案最優(yōu)性的 前提下，極大地縮短了計(jì)算時(shí)間，因而尤其適用于大規(guī)模并聯(lián)水庫(kù)群的調(diào)度應(yīng)用場(chǎng)合。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了 1、一種基于參考線的并聯(lián)水庫(kù)確定性?xún)?yōu)化調(diào)度方 法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
[0005] 步驟（1)，設(shè)置調(diào)度期，將所述調(diào)度期均勻劃分為T(mén)個(gè)等間距的時(shí)段，其中T為正整 數(shù);設(shè)置所述并聯(lián)水庫(kù)調(diào)度期內(nèi)的初始條件和約束條件;所述初始條件包括水庫(kù)調(diào)度期期 初蓄水狀態(tài)、期末蓄水狀態(tài)和調(diào)度期內(nèi)各時(shí)段入庫(kù)流量;所述約束條件包括水庫(kù)蓄水量約 束、出力約束、出庫(kù)流量約束以及水量平衡方程；
[0006] 步驟(2)，根據(jù)所述并聯(lián)水庫(kù)中各水庫(kù)的庫(kù)容特性曲線、尾水關(guān)系曲線、水庫(kù)優(yōu)化 調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)和所述約束條件，建立水庫(kù)群長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度發(fā)電量最大模型：
[0007]
[0008]
[0009] 其中，E表示水庫(kù)群全時(shí)期最優(yōu)發(fā)電量;仏,*、^^和!^分別表示七時(shí)段水庫(kù)111的出 力、發(fā)電流量和發(fā)電水頭;1^表示水庫(kù)m的綜合出力系數(shù)；
[0010] 步驟(3)，確定所述各水庫(kù)的初始參考線，包括確定所述各水庫(kù)的防棄水線和最小 決策限制線；
[0011] 步驟(4)，以所述各水庫(kù)的初始參考線為其初始調(diào)度線，根據(jù)入庫(kù)流量信息和水量 平衡方程從前往后逐時(shí)段遞推至最后一個(gè)時(shí)段，計(jì)算所述各水庫(kù)各時(shí)段的出庫(kù)流量和出力 值，直至所有水庫(kù)計(jì)算完畢，統(tǒng)計(jì)所述并聯(lián)水庫(kù)各時(shí)段的總出力值；
[0012] 步驟(5)，從前往后逐時(shí)段檢查所述并聯(lián)水庫(kù)各時(shí)段的總出力值是否大于保證出 力，是，則轉(zhuǎn)下一時(shí)段;否，則計(jì)算不足出力并按所述并聯(lián)水庫(kù)不蓄電能損失最小原則調(diào)整 所述各水庫(kù)的時(shí)段出力值，調(diào)整完畢后根據(jù)調(diào)整后的所述各水庫(kù)的蓄水狀態(tài)按所述步驟 (3)所述方法調(diào)整后續(xù)時(shí)段所述各水庫(kù)的最小決策限制線，調(diào)整完畢后轉(zhuǎn)下一時(shí)段;上述過(guò) 程一直持續(xù)至調(diào)度期末;根據(jù)等微增率原理，調(diào)整后所述各水庫(kù)增發(fā)單位出力引起的不蓄 電能損失值，即K值，應(yīng)大致相當(dāng)；以待調(diào)整時(shí)段to所述各水庫(kù)調(diào)整出力之后的K值為搜索變 量，以to時(shí)段各水庫(kù)調(diào)整之后的出力總和等于保證出力為搜索條件采用一維搜索方法調(diào)整 所述各水庫(kù)的初始參考線；
[0013] 步驟(6)，輸出所述各水庫(kù)調(diào)整后的參考線和各時(shí)段出力值。
[0014] 優(yōu)選地，所述步驟(3)包括以下子步驟：
[0015] (3-1)以減少棄水能為原則確定所述各水庫(kù)的防棄水線，其包括以下子步驟：
[0016] (3-1-1)已知所述并聯(lián)水庫(kù)中的某一水庫(kù)一個(gè)時(shí)段的時(shí)段末蓄水狀態(tài)和入庫(kù)流量 信息，令所述時(shí)段出庫(kù)流量等于水輪機(jī)最大過(guò)流，由水量平衡方程求得所述某一水庫(kù)所述 時(shí)段初的蓄水狀態(tài)；
[0017] (3-1-2)根據(jù)所述某一水庫(kù)所述時(shí)段初的蓄水狀態(tài)、時(shí)段末的蓄水狀態(tài)、入庫(kù)流量 和最大容許出力，計(jì)算求得所述某一水庫(kù)的棄水流量，若所述棄水流量大于零，則減小所述 某一水庫(kù)的出庫(kù)流量使得所述棄水流量為零，并根據(jù)所述水量平衡方程重新計(jì)算所述時(shí)段 初的蓄水狀態(tài)，若所述棄水流量等于零，則所述時(shí)段初的蓄水狀態(tài)取所述步驟(3-1-1)所求 得的值，將計(jì)算得到的所述時(shí)段初的蓄水狀態(tài)作為上一時(shí)段末的蓄水狀態(tài)；
[0018] (3-1-3)按所述步驟(3-1-1)和(3-1-2)從調(diào)度期末遞推計(jì)算至調(diào)度期初，得到所 述某一水庫(kù)的一條蓄水過(guò)程線；
[0019] (3-1-4)對(duì)(3-1-3)所述蓄水過(guò)程線從調(diào)度期初至調(diào)度期末逐時(shí)段檢查是否有棄 水發(fā)生，若各時(shí)段均無(wú)棄水，則所述蓄水過(guò)程線即為所述某一水庫(kù)的防棄水線;若某時(shí)段有 棄水發(fā)生，則進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，使棄水集中在最后一個(gè)或若干個(gè)時(shí)段，調(diào)整后的蓄水過(guò)程線即 為所述某一水庫(kù)的防棄水線；
[0020] (3-1-5)按所述步驟(3-1-1)~(3-1-4)的方法求得所述各水庫(kù)的防棄水線；
[0021] (3-2)根據(jù)保持高水位運(yùn)行以減少不蓄電能損失的原則，確定所述各水庫(kù)的最小 決策限制線，其包括以下子步驟：
[0022] (3-2-1)根據(jù)所述并聯(lián)水庫(kù)中的一個(gè)水庫(kù)某一時(shí)段初的蓄水狀態(tài)和入庫(kù)流量信 息，計(jì)算求得所述一個(gè)水庫(kù)所述某一時(shí)段的最小出力對(duì)應(yīng)的出庫(kù)流量，并與最小下泄流量 比較，取兩者中較大者作為所述一個(gè)水庫(kù)所述某一時(shí)段的出庫(kù)流量，根據(jù)水量平衡方程獲 得所述一個(gè)水庫(kù)所述某一時(shí)段末的蓄水狀態(tài)，并將其作為所述一個(gè)水庫(kù)所述某一時(shí)段的下 一時(shí)段初的蓄水狀態(tài)；
[0023] (3-2-2)按所述步驟(3-2-1)從調(diào)度期初遞推計(jì)算至調(diào)度期末，得到一條蓄水過(guò)程 線，即為所述一個(gè)水庫(kù)的最小決策限制線；
[0024] (3-2-3)按所述步驟(3-2-1)和（3-2-2)的方法求得所述各水庫(kù)的最小決策限制 線；
[0025] (3-3)對(duì)所述一個(gè)水庫(kù)相同時(shí)刻的所述防棄水線和所述最小決策限制線的蓄水狀 態(tài)值取小，獲得一條蓄水過(guò)程線，作為所述一個(gè)水庫(kù)的初始參考線；
[0026] (3-4)按步驟(3-3)的方法求得所述各水庫(kù)的初始參考線。
[0027] 優(yōu)選地，所述步驟(5)中所述各水庫(kù)K值計(jì)算包括以下子步驟：
[0028] (5-1)確定所述各水庫(kù)Κ值計(jì)算的起始時(shí)段和終止時(shí)段;所述各水庫(kù)Κ值計(jì)算的起 始時(shí)段取待調(diào)整時(shí)段to;所述各水庫(kù)Κ值計(jì)算的終止時(shí)段的確定包括如下步驟：
[0029] (5-1-1)計(jì)算所述各水庫(kù)to時(shí)段增發(fā)發(fā)單位出力后的時(shí)段末蓄水狀態(tài);根據(jù)所述 各水庫(kù)to時(shí)段初的蓄水狀態(tài)、入庫(kù)流量和出力值以及水量平衡方程計(jì)算所述各水庫(kù)to時(shí)段 末的蓄水狀態(tài)。
[0030] (5-1-2)根據(jù)步驟(5-1-1)所得所述各水庫(kù)to時(shí)段末的蓄水狀態(tài)，按步驟(3-2)的 方法重新計(jì)算所述各水庫(kù)從to+l時(shí)段末至調(diào)度期末的最小決策限制線，設(shè)其與所述各水庫(kù) 的防棄水線相交于時(shí)段ti，則時(shí)段以即為所述各水庫(kù)K值計(jì)算的終止時(shí)段；
[0031] (5-2)計(jì)算所述各水庫(kù)to時(shí)段增發(fā)單位出力后在to時(shí)段至?xí)r段內(nèi)總的不蓄電能 損失值，即為所述各水庫(kù)的K值;所述各水庫(kù)中任一水庫(kù)某一時(shí)段的不蓄電能損失值為所述 任一水庫(kù)所述某一時(shí)段的水頭減少量與入庫(kù)流量的乘積。
[0032] 總體而言，按照本發(fā)明的上述技術(shù)構(gòu)思與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu) 占.
[0033] 1、本發(fā)明將水庫(kù)最小決策限制線和防棄水線結(jié)合使用，可達(dá)到在盡量不棄水的情 況下盡可能抬尚水電站發(fā)電水頭的效果，提尚水電站能量轉(zhuǎn)換效率；
[0034] 2、本發(fā)明所涉及的方法體現(xiàn)了專(zhuān)家調(diào)度經(jīng)驗(yàn)，在保證跳讀方案最優(yōu)性的同時(shí)可大 大減小計(jì)算工作量，且所得結(jié)果可理解性強(qiáng)，便于調(diào)度人員在實(shí)際運(yùn)用中動(dòng)態(tài)決策；
[0035] 3、本發(fā)明與水庫(kù)蓄供水判別系數(shù)法相比，其優(yōu)勢(shì)在于可準(zhǔn)確確定水庫(kù)增發(fā)單位出 力引起的不蓄電能損失值(Κ值)計(jì)算的終止時(shí)刻；
[0036] 4、本發(fā)明與傳統(tǒng)的優(yōu)化方法(動(dòng)態(tài)規(guī)劃及其改進(jìn)算法)相比，其優(yōu)勢(shì)在于不存在水 庫(kù)群調(diào)度"維數(shù)障礙"問(wèn)題，適用于大規(guī)模并聯(lián)水庫(kù)群優(yōu)化調(diào)度。
【附圖說(shuō)明】
[0037]圖1是本發(fā)明基于參考線的并聯(lián)水庫(kù)確定性?xún)?yōu)化調(diào)度的總體技術(shù)路線；
[0038] 圖2是本發(fā)明基于參考線的并聯(lián)水庫(kù)確定性?xún)?yōu)化調(diào)度流程圖；
[0039] 圖3是采用0.618法以不蓄電能損失最小原則將不足出力分配至各水庫(kù)的流程圖；
【具體實(shí)施方式】
[0040] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0041 ]水庫(kù)發(fā)電過(guò)程中涉及到的能量有水庫(kù)初始蓄能、輸入能、損耗能和輸出能，根據(jù)能 量守恒定律，在水庫(kù)初始蓄能和輸入能一定的情況下，損耗能越少，則輸出的電能越多?；?于上述原理，可獲得水庫(kù)發(fā)電優(yōu)化調(diào)度須遵循的兩條基本原則：（1)盡量避免棄水，以減少 棄水能損耗；（2)盡量抬高水庫(kù)運(yùn)行水位，以減少不蓄電能損失。根據(jù)水庫(kù)初始蓄水位和計(jì) 劃期內(nèi)入庫(kù)流量過(guò)程，運(yùn)用上述原則可確定水庫(kù)最優(yōu)運(yùn)行策略。
[0042]圖2所示為基于參考線的并聯(lián)水庫(kù)確定性?xún)?yōu)化調(diào)度方法的流程圖，具體包括以下 步驟：
[0043]步驟1設(shè)置調(diào)度期，將調(diào)度期（1年)均勻劃分為T(mén)(T為正整數(shù)，在本發(fā)明實(shí)施例中，T=12或36)個(gè)等間距的時(shí)段；設(shè)置水庫(kù)調(diào)度