大规模水电系统优化调度降维方法研究Ⅱ:方法实例

为缓解大规模复杂水电系统优化调度存在的"维数灾"问题,提出一种基于正交试验设计、在组合维实现降维的正交降维搜索方法。该方法将水电优化问题求解视为在发起点邻域内多次开展正交试验,选取"均衡分布、整齐可比"部分状态组合进行计算。分析表明该方法具有良好并行性,且时间复杂度和空间复杂度均为平方增长。同时,在应用至水电调度问题时,结合动态规划改进策略思想,提出4种不同的优化方法。贵州电网应用实例表明:所提方法具有计算参数少、鲁棒性强等优点,可有效均衡计算效率与求解精度,为大规模复杂水电系统优化调度的降维求解提供了新型方法。     

耦合KL理论与调度特征的大规模水电站群优化调度降维方法

大规模水电站群优化调度计算效率是水电及电力系统运行面临的最棘手问题之一,是突破超百座水电站高维复杂系统求解的理论和技术障碍。本文提出一种耦合KL理论与调度特征的水电优化调度降维方法,通过对水电站群长系列调度样本进行主成分分析,识别调度过程中的库水位变化特征值与其对应的特征函数,采用KL理论将库水位描述为多个水位变化特征项的组合函数,引入Kullback-Leibler散度以根据问题特点确定调度特征项随机系数的概率分布及初始值;构建了两阶段逐步迭代寻优策略,通过动态搜索水位特征项的随机系数实现大规模水电站群优化调度的高效求解。提出的方法以云南电网超百座水电站群调度问题进行了验证,通过不同算例对方法的有效性、高效性、随机系数概率分布和参数敏感性进行了分析,与经典动态规划及其改进算法相比,KL方法在有效保持结果精度的条件下显著提高了计算效率。     

大规模水电系统优化调度降维方法研究Ⅰ:理论分析

中国水电系统规模持续扩张,使得已有方法在求解大规模水电调度问题时,存在严重维数灾及早熟收敛等不同程度局限,亟需分析已有方法以便发现其瓶颈所在,为探寻能均衡求解效率与计算精度的实用化方法提供有益参考。为此,首先深入研究了线性规划、二次规划和动态规划等多种方法的计算复杂度,然后定量对比分析了各方法在不同情景下的适用性,最后提出“四维一体可拓降维”总体思想,并给出具体的降维方法与策略,建议从空间维、时间维、状态维和组合维等4个方面开展综合研究,以切实服务于大规模水电系统优化调度的高效优质求解。     

均匀动态规划方法及其在水电系统优化调度中的应用

动态规划(Dynamic Programming,DP)是求解多维多阶段复杂决策问题的有效方法,然而维数灾问题极大地限制了它的应用。为缓解这一问题,结合均匀试验设计提出均匀动态规划(Uniform Dynamic Programming,UDP)。UDP以DP为基础框架,将各阶段不同维度离散状态的组合视为多因素多水平试验,利用均匀设计表从全部状态变量中优选少数极具代表性、在可行域内均匀散布的状态变量进行计算,大幅降低各阶段状态变量集合基数。分析表明,UDP空间复杂度和时间复杂度由DP指数增长分别降至线性和平方增长,存储量和运算量显著减少,同时澜沧江梯级水电站群仿真测试结果验证了UDP的高效性和实用性。     

城市输水系统优化调度模型

城市输水系统调度的核心问题是保证在满足城市需水量的前提下,以最经济的成本将水从河流和水库供给各需水单元。针对所建立的城市输水系统调度模型,分别在宏观调度周期上和微观路径分配上进行分解,简化了模型的求解过程,模型在厦门市输水系统调度中得到了应用,取得了显著的经济效益。     

基于分段负荷构建策略的梯级水电短期优化调度方法

随着中国经济的快速发展,电力需求不断增加,作为中国第一大清洁能源,水电得到大规模集中投产,形成了复杂的大规模水电系统。然而,梯级电站数目增加、众多水力电力约束和时效性的调度需求使得短期水电优化调度面对严重的“维数灾”挑战。因此,提出一种基于分段负荷构建策略的梯级水电短期优化调度方法。首先,从梯级水电站调节性能,所处位置及承担任务等角度,制定出调节电站的选取规则;然后,给出将复杂的原始负荷划分为2个子负荷过程的方法,得到时间降尺度的分段负荷过程和频繁波动的剩余负荷过程;最后,给出调整方法,结合粒子群算法在不同阶段进行遍历寻优,找到目标最优时的负荷划分过程。以中国西南某流域7座梯级水电站为研究对象采用成熟的粒子群算法进行汛枯期典型日的模拟计算,结果表明所提的分段负荷构建策略能够有效降低求解复杂度,合适的分段数目能够在保证解质量的情况下提高求解效率。同时,该方法极大程度地减小了辅助电站的出力波动,这对降低调度难度、减少机组损耗有很大的帮助。因此,所提方法能够给大规模梯级水电短期调度求解困难的解决提供借鉴,具备很好的实用价值。     

大规模供水系统直接优化调度方法

根据给水系统的网络特性，并结合我国实际情况，对优化调度控制方法进行了系统的分析，建立了优化目标函数及约束方程，针对大规模供水系统特点，提出了直接优化调度实用模型及算法，为满足工程应用要求，采取软化约束条件的措施，达到寻求可行满意解的目的，并改进开发了求解混合离散变量的供水系统直接优化调度软件，进而以我国实际城市为对象，进行了供水系统优化调度的现场实践，证明了其实用性。     

水库群防洪系统优化调度模型及应用

本文以澧水流域中上游江垭、皂市及宜冲桥3个水库及其下游河道防洪系统联合优化调度问题为背景，建立了基于河道洪水演进方程与多目标离散微分动态规划的水库群防洪系统多目标优化调度模型，给出了一种离散微分动态规划与马斯京根洪水演进相结合多目标优化算法.经计算分析，结果满意.     

基于降雨预报信息的梯级水电站不确定优化调度研究I：聚合分解降维

基于降雨预报信息的水库群预报优化调度有利于提高水库群水电站发电效益。本文首先采用聚合分解思想将梯级水库群来水量和库容聚合等效为单库,从而简化水库群径流过程的描述和降低高维计算空间,使随机动态规划模型（SDP）在梯级水库群的应用中可以考虑更多的信息来提高模型效率;然后在径流预报中考虑美国全球预报系统（GFS）发布的未来10d降雨预报信息,来提高中期径流预报精度;最后在考虑径流预报不确定性的基础上建立了聚合分解贝叶斯随机动态规划模型（AD-BSDP）。同时与传统调度图、聚合来水量的随机动态规划模型（AF-SDP）和聚合来水量、库容的聚合分解随机动态规划模型（AD-SDP）进行对比分析,其结果表明,考虑预报信息不确定性的AD-BSDP模型比其他模型具有更高的效率和稳定性。     

三峡梯级水库日优化调度模型及应用

通过仔细分析梯级水库日优化调度的数学模型，提出了一种基于二维动态规划和离散微分动态规划相结合的混合求解策略，该策略理论上严谨，计算时间比较短，能满足日常调度的需要。并针对三峡—葛洲坝梯级水电系统进行仿真计算，结果表明该方法是有效的。     

大规模水电站群短期优化调度方法Ⅳ：应用软件系统

大规模水电系统出现了新的应用需求,其良好的通用性、交互性和智能化显得非常重要。本文系统总结了大连理工大学近10年承担完成的大规模水电短期优化调度系统软件研究与开发经验,介绍了相关系统设计开发细节,主要包括数据结构管理、大规模计算与约束条件的输入和修改、交互平台设计以及计划编制流程等,一些设计思想与技术细节对开发类似的大规模应用系统会有借鉴与参考价值。     

梯级水电站群并行多目标优化调度方法

为保障梯级水电站群多目标优化调度问题的计算效率和求解精度,提出了基于Fork/Join多核并行框架的并行多目标遗传算法。该方法以多目标遗传算法为基础,引入多种群异步进化策略保证种群间个体多样性;采用迁移机制保障子种群的信息有机互馈,提升算法收敛性和解集多样性;利用并行技术实现子种群在各内核的同步求解,提高计算效率。针对问题特点,耦合个体实数串联编码方法、混沌初始化种群策略和约束Pareto占优机制等,进一步提升方法寻优性能。澜沧江流域梯级水电站群多目标优化调度结果表明,所提方法可充分利用多核资源,提升模型计算效率与求解精度,并能获得分布均匀、合理可行的调度方案集,为水电系统多目标高效决策提供科学依据。     

狼群算法在水电站水库优化调度中的应用

为探讨水电站水库优化调度问题求解的新方法,对狼群算法及其在水电站水库优化调度中的应用进行了研究。对狼群算法中的围攻算法进行了改进,给出了水电站水库优化调度问题的狼群算法设计及求解步骤。基于水电站水库优化调度实例,对狼群算法的敏感参数奔袭步长进行了模拟计算和分析,给出了奔袭步长的有效取值范围。实例计算结果表明,狼群算法是一种求解水电站水库优化调度问题的有效方法。     

上犹江水电厂区域水电站水库群优化调度探讨

上犹江水电厂目前管辖的电站除了上犹江电站外,又在贡水流域开发兴建了两座水电站,并收购了瑞金留金坝水电站。针对该厂将要进行的区域四座水电站远程集中控制系统的建设,探讨了水电站集中控制下的水库群优化调度,实现水库群防洪和发电调度效益最大化。     

水电站水库优化调度的改进混沌遗传算法

针对水电站水库优化调度问题,提出了将改进遗传算法和混沌优化相耦合的改进混沌遗传算法。该算法将混沌变量映射到优化变量的取值范围中,对混沌变量进行编码,表示成染色体,然后对其进行选择、交叉和变异,通过增加混沌扰动,不断进化收敛得到最优解。实例计算并与其他方法比较表明,该算法在求解水电站优化调度这样的复杂非线性优化问题时,搜索效率高,收敛性能好,能以较快的速度收敛于全局最优解,为水电站水库优化调度模型求解提供了一种新方法。     

水电站短期优化调度类库的设计

采用面向对象的程序设计方法,基于作者和前人在水电站短期优化调度科研领域的理论成果,以大量的工程实例为背景,抽象出水电站短期优化调度系统的基本特征,设计出了可高度反映水电站短期优化调度系统特征的类层次结构,并借助于C＋＋程序设计语言开发出了一套可重用的基础类库。实践证明,利用该类库进行软件开发可大大提高水电站优化调度程序的可移植性、可扩充性、易维护性,有效地提高了水利软件开发的效率和质量。     

基于狼群算法的水电站优化调度模型参数优选

以典型水电站优化调度模型为基础,先采用单因素分析法对狼群算法单参数的敏感性进行了分析评价,以算法寻优效果达到最优为目标,得出了参数的有效取值范围;再采用正交实验与极差分析方法,对狼群算法多参数的敏感性进行了综合分析,同理得出了参数变化的敏感性主次序和参数最佳取值组合。实例的验证结果表明,研究选取的参数取值范围和最佳取值组合有效地提升了算法的优化性能,为狼群算法应用于水电站优化调度提供了参数选择依据。     

三峡-清江梯级电站联合优化调度研究

本文对以三峡梯级和清江梯级实际组成的混联式水电站群进行联合调度研究,寻求最佳组合调度方式,分别建立了两个梯级单独优化和联合优化调度模型,并利用1951～2002年月均径流资料,采用动态规划逐次逼近优化方法,计算出两个子系统分别及联合调度总的出力过程.分析表明,联合运行使系统保证出力提高48.55万kW,系统不参与调峰时联合运行的多年平均发电量提高1.69亿kW·h,而系统参与凋峰联合运行时多年平均发电量提高18.78亿kW·h,效益相当可观.研究还表明,联合运行在提高枯水期发电量、减少弃水电量、提高系统调峰能力、提高执行调度计划合格率以及改善防洪、航运条件等方面同样效益显著.