专利名称：一种水电站优化调度的方法
技术领域：
本发明涉及一种水电站优化调度的方法，属于水力发电技术领域。
背景技术：
随着目前国内梯级水电站群规模的日益扩大以及流域集中管控模式的日益推广，水电站优化调度已经从以往的中长期优化调度逐步向短期优化调度、实时优化调度发展，对求解方法的实时性提出了较以往更高的要求。现有的各种求解方法已经越来越难以满足实际应用的快速求解需求，本发明着重提高水电站优化调度求解速度，解决现有求解方法无法满足应用实时性的问题。
目前水电站优化调度的求解方法主要包括两大类。第一类是动态规划算法以及各类改进动态规划算法，其中的改进算法主要是增量动态规划算法、逐步优化算法和动态规划逐次逼近算法，第二类是群智能优化求解算法，主要包括遗传算法、粒子群算法等。群智能优化算法的求解效果有赖于合理的计算參数，并且无法确保每次均收敛于同一个解。因此，群智能优化算法求解水电站优化调度问题尚集中在理论研究領域。目前实际工程应用中绝大部分还是采用增量动态规划算法、逐步优化算法和动态规划逐次逼近算法。本发明基于现有的动态规划逐次逼近算法，因此与该计算方法最为接近。动态规划逐次逼近算法求解水电站优化调度问题主要步骤如下I)根据调度期时长、计算精度要求，选择出力计算公式P = AQH (P为有功出力，A为电站出力系数，Q为发电流量，H为发电水头)或厂内经济运行模型作为水电转换关系，用于在计算效益函数时将可用水量转化为相应的有功出力和电量；2)拟定调度时段长Λ Τ，将调度期划分为若干个调度时段，将水电站优化调度问题转化为适用于动态规划求解的多阶段优化问题；3)建立水电站优化调度数学模型，水电站优化调度数学模型的目标函数f(x)通常为发电量最大或发电效益最大。/(X) = MaxY V P; · AT
t=l i=l
(st.是约束条件的意思)
がp;d 上述公式是目标为最大发电量的水电站优化调度模型，其中疔为第i个电站第t个时段的有功出力，片为第i个电站第t个时段的蓄水量,β;为第i个电站第t个时段的发电流量r力第i个电站第t个时段的最大蓄水量，g为第i个电站第t个时段的最小蓄水量，g为第i个电站第t个时段的最大发电流量，g为第i个电站第t个时段的最小发电流量，K为第i个电站第t个时段的最大有功出力，艺为第i个电站第t个时段的最小有功出力。4)选取各时段初蓄水量K作为状态变量和决策变量，根据调度时段长选取合适的库容等分数，并利用该參数离散化水库的最大库容Vi,_和最小库容Viimin,形成网格寻优空间；Div = INT ((Viifflax-Viifflin)/(Qdb · Δ T)+l)式中，Qdb为流量调节死区，INT表示取整，Div为库容等分数。5)利用调度期初蓄水量で、调度期内的入库流量qf，以及各时段的各类约束条件，利用水量平衡方程及步骤(I)中选定的水电转换关系进行静态可行决策空间搜索，具体计算流程见图I;
6)对首级水电站的第一个时段进行寻优计算，分别假定时段末库容V11 =Vyi，其中k=l，2，-,Div0若时段末库容Vf不在该时段末静态可行决策空间之内，则将该时段的时段效益置为-I。否则根据时段初库容对，时段预报入库流量qf和假定的时段末库容巧,利用步骤(I)选定的水电转换关系计算时段效益￡^4= 1，2，…，Div;7)对首级水电站的第二个时段进行寻优计算，分别假定时段初库容V11 =Viji、时段末库容对=Vyt，其中k=l，2，…，Div0若时段初库容V11不在该时段末静态可行决策空间Ρ ,ΜΚ+Α' ,ΜΑΧ]之内，或时段末库容Vf不在该时段末浄态可行决策空间PiMisAiMAX ]之内或前一步骤中得到的该库容离散点对应时段效益F ,力-1，则将该时段的时段效益置为-I。否则根据假定的时段初库容V11，时段预报入库流量^和假定的时段末库容V12，利用步骤(I)选定的水电转换关系计算时段效益，(k = 1，2，-,Div)，并计算时段末各库容离散点对应的总效益 ^^ =max(￡12, +TE1lk), (k = I, 2，-,Div)，并记录下与其对应的时段初库容；8)按照步骤(7)方法对首级电站后续所有时段进行递推计算得到最优效益，井根据调度期末库容V 和该库容对应的最优效益反向搜寻关联的各时段初库容，从而得到首级电站的优化调度方案；9)将首级水库的出库流量过程及与第二级水电站之间的预报区间入库流量过程进行叠加，作为第二级水电站的总入库流量过程，并依上述步骤￠)-步骤(8)对第二级水电站进行优化调度；10)依此类推，完成梯级所有电站的优化调度计算，统计梯级最优总效益，并将各电站的优化调度方案作为逐次逼近求解算法的初始解；11)以梯级总发电量作为目标函数依次对梯级各水电站进行第二轮优化计算，统计新的梯级最优总效益，若与上一轮梯级最优总效益之差大于初始给定的阈值，则进行下ー轮迭代计算，否则终止迭代计算，输出最优调度方案及最优总效益。结合上述求解步骤分析，现有的动态规划逐次逼近算法存在如下两个缺陷第一个缺陷是求解过程中仅仅在逐时段递推计算前进行了静态可行决策空间的确定，并在后续逐时段递推计算中将时段寻优空间限定在该静态可行决策空间内。后续逐时段递推过程中并未根据假定的时段初库容，利用水量平衡方程和时段的最大库容、最小库容、最大出库流量、最小出库流量、最大有功出力、最小有功出力来进行动态可行空间的计算，未将该时段的假定时段末库容限定在该动态可行空间内，给每个时段带来了大量无效的计算。由于动态规划求解水电站优化调度问题过程中每个时段均进行经过几千甚至上万次的计算，因此每个时段的大量无效计算将被上万次甚至几十万次地重复，浪费了大量计算时间。第二个缺陷是求解过程中从第一个时段开始进行递推计算，直接递推至最后ー个时段。又由于静态可行决策空间是呈现前面时段可行范围小，后面逐时段加大可行范围的特征，因此从前往后递推计算的方式将使得开始时段的计算量比较小，计算速度比较快，但后续时段的计算量快速成倍增长，计算耗时也相应成倍増加。相应与上述描述的从第一个时段递推至最后ー个时段的顺序递推方法，现有技术也可以选择性地从最后一个时段向第ー个时段进行逐时段逆序递推。顺序递推和逆序递推的基本原理是一致的，计算量和计算速度也大致相同。如上所述，现有的这种单向递推方法随着时段的推移计算耗时成倍増加，且无法利用计算机的多线程并行计算技木。
发明内容
本发明的目的是解决现有的水电站优化调度逐次逼近求解方法计算量大、求解速度慢、不支持并行计算等缺点，满足大型梯级水电站群短期优化调度及实时优化调度对优化计算速度的实时性要求，能够解决大型梯级水电站群短期优化调度和实时优化调度的在线求解方法问题。为解决上述技术问题，本发明提供一种水电站优化调度的方法，其特征在于，包括以下步骤I)根据出力计算公式P = AQH或厂内经济运行模型作为水电转换关系，用于在计算效益函数时将可用水量转化为相应的有功出力和电量，其中，P为有功出力，A为电站出力系数，Q为发电流量，H为发电水头；2)选择一定的调度时段长，将调度期划分为若干个调度时段IT，将水电站优化调度问题转化为适用于动态规划求解的多阶段优化问题；3)建立水电站优化调度数学模型，水电站优化调度数学模型的目标函数f (x)通常为发电量最大或发电效益最大。
权利要求
1.一种水电站优化调度的方法，其特征在于，包括以下步骤 1)根据出力计算公式P= A · Q · H或厂内经济运行模型作为水电转换关系，用于在计算效益函数时将可用水量转化为相应的有功出力和电量，其中，P为有功出力，A为电站出力系数，Q为发电流量，H为发电水头； 2)拟定调度时段长ΛΤ，将调度期划分为若干个调度时段，将水电站优化调度问题转化为适用于动态规划求解的多阶段优化问题； 3)建立水电站优化调度数学模型，水电站优化调度数学模型的目标函数f(x)通常为发电量最大或发电效益最大。
2.根据权利要求I所述的水电站优化调度的方法，其特征在于还包括以下步骤 9)将首级水库的出库流量过程及与第二级水电站之间的预报区间入库流量过程进行叠加，作为第二级水电站的总入库流量过程，并依上述步骤￠)-步骤(8)对第二级水电站进行优化调度； 10)依此类推，完成梯级所有电站的优化调度计算，统计梯级最优总效益，并将各电站的优化调度方案作为逐次逼近求解算法的初始解； 11)以梯级总发电量作为目标函数依次对梯级各水电站进行第二轮优化计算，统计新的梯级最优总效益，若与上一轮梯级最优总效益之差大于初始给定的阈值，则进行下ー轮迭代计算，否则终止迭代计算，输出最优调度方案及最优总效益。
3.根据权利要求I所述的水电站优化调度的方法，其特征在于在所述步骤6)-7)中，在寻优计算过程中，把全局最优路径的求解分解为对如下两个子问题的求解给定初始状态为Vtl及終止状态为V'求解最优子路径{V° —VtI的子问题A以及给定初始状态为VTc;及終止状态为VT，求解最优子路径{VTc; —VT}的子问题B，采用如下方法来进行双向求解首先，从t = O时刻应用动态规划顺序求解法分别算出Tc时刻所有可行值对应的目标函数值和最优子路径，其中Tc为正向求解和逆向求解的耦合时段，t是循环变量，代表对第t个时间进行计算，VTc;为各可行值时对应的子问题A的总目标函数值及最优子路径；然后，从t=T时刻应用动态规划逆序求解法分别算出Tc时刻所有可行值对应的目标函数值和最优子路径，Vtc为各可行值时对应的子问题B的总目标函数值及最优子路径；最后建立耦合算法，并利用耦合算法寻求全局最优路径。
4.根据权利要求3所述的水电站优化调度的方法，其特征在于同步并行计算方式下，每ー轮循环中子线程A和子线程B均沿各自方向递推ー个时段，当T为偶数吋，子线程A和子线程B将同时递推至T/2时段，主线程将在该时段进行耦合计算，当T为奇数吋，子线程A递推至(T-I)/2时段时子线程B递推至(T+l)/2时段，由于时段[(T-I)/2，(T+l)/2]内的时段效益及最优路径未知，必须再进行一次循环使子线程A递推至(T+l)/2时段而子线程B递推至(T-I)/2时段，此时，主线程任意选择(T-I)/2或(T+l)/2时段进行耦合计算，主线程进行耦合计算的时段Tc利用下公式计算
全文摘要
本发明公开了一种水电站优化调度方法，利用双向同时求解方法进行寻优计算。与现有的基于静态可行决策空间的单向逐次逼近算法相比，本发明利用大量约束条件最大程度缩小时段可行决策范围，避免出现“维数灾”的同时加快求解速度。
文档编号G06Q50/06GK102867226SQ20121039321
公开日2013年1月9日 申请日期2012年10月16日 优先权日2012年10月16日
发明者芮钧 申请人:国网电力科学研究院, 南京南瑞集团公司, 国家电网公司