數(shù)據(jù)挖掘的梯級(jí)水電站群指令調(diào)度優(yōu)化方法

提出一種求解梯級(jí)水電站中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題的方法—蟻群算法(antcolonyalgorithm,aca)。算法模擬了螞蟻群體覓食路徑的搜索過(guò)程來(lái)尋找梯級(jí)水電站中長(zhǎng)期最優(yōu)調(diào)度計(jì)劃。算法把問(wèn)題解抽象為螞蟻路徑,利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移、信息素更新和鄰域搜索以獲取最短路徑即最優(yōu)解。實(shí)例計(jì)算結(jié)果表明,算法可以求解具有復(fù)雜約束條件的非線性梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題。算法求解精度高、收斂速度快,為解決梯級(jí)水電站中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題提供了一種有效的方法。

遺傳算法是一種簡(jiǎn)單、適用的搜索方法,經(jīng)常用于解決非線性復(fù)雜的問(wèn)題。水庫(kù)群的最優(yōu)調(diào)度問(wèn)題,就是利用搜索算法根據(jù)水庫(kù)群進(jìn)出水和綜合利用情況,把水電站水庫(kù)看作一個(gè)系統(tǒng),把系統(tǒng)的各元素,輸入/輸出參數(shù)等簡(jiǎn)化和假設(shè)后建立簡(jiǎn)化通用的數(shù)學(xué)模型,用搜索算法對(duì)該數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化仿真,得出最優(yōu)解。

由于負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差、徑流預(yù)報(bào)不準(zhǔn)確,如何快速、可靠地調(diào)整發(fā)電計(jì)劃是梯級(jí)水電群實(shí)時(shí)調(diào)度中的難點(diǎn)和關(guān)鍵問(wèn)題,主要體現(xiàn)在快速躲避機(jī)組限制區(qū)、兼顧電站日前計(jì)劃和出力平穩(wěn)性、最小化電站棄水等3個(gè)方面。針對(duì)上述問(wèn)題,提出復(fù)雜約束限制下的梯級(jí)水電站群實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度方法及調(diào)整策略,包括電站計(jì)算序位確定、電站組合確定、負(fù)荷偏差光滑處理、廠間負(fù)荷偏差分配和棄水調(diào)整策略。引入負(fù)荷偏差光滑技術(shù),重構(gòu)負(fù)荷偏差,保證廠間負(fù)荷偏差滿足出力平穩(wěn)性要求;在廠間負(fù)荷偏差分配過(guò)程中,協(xié)調(diào)日前計(jì)劃,動(dòng)態(tài)調(diào)整電站出力,避免落入機(jī)組限制區(qū);采用棄水修正策略,沿約束邊界調(diào)整電站出力,實(shí)現(xiàn)預(yù)泄騰庫(kù)。所提方法和策略,能夠充分考慮日前發(fā)電計(jì)劃指導(dǎo)性,避免電站出力頻繁波動(dòng),保證機(jī)組實(shí)時(shí)躲避限制區(qū)運(yùn)行,避免不必要棄水發(fā)生。貴州電網(wǎng)烏江流域梯級(jí)水電站群廠網(wǎng)協(xié)調(diào)實(shí)際過(guò)程模擬分析表明,所提方法和策略能夠快速可靠地滿足實(shí)際工程要求,是一種是切實(shí)可行的方法和策略。

針對(duì)傳統(tǒng)優(yōu)化算法在求解高維、復(fù)雜梯級(jí)水電站發(fā)電調(diào)度時(shí)易出現(xiàn)“維數(shù)災(zāi)”，或陷入局部最優(yōu)解的缺陷，本文提出了免疫蛙跳算法（isfla）。該算法將克隆選擇算法嵌入到混洗蛙跳算法框架中，對(duì)混合之后的蛙群構(gòu)造子群體執(zhí)行免疫克隆選擇操作，同時(shí)使用改進(jìn)的最差解更新方式提高其局部搜索能力。應(yīng)用實(shí)踐表明，通過(guò)將isfla與標(biāo)準(zhǔn)混洗蛙跳算法、粒子群算法以及逐步優(yōu)化方法對(duì)比，isfla在求解梯級(jí)水電站發(fā)電優(yōu)化問(wèn)題時(shí)具有明顯的優(yōu)越性。

為保證梯級(jí)水電站安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行,充分利用水資源,需要對(duì)梯級(jí)水電站進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度。根據(jù)梯級(jí)水電站蓄能最大原則,全方位考慮梯級(jí)水電站運(yùn)行的約束條件,通過(guò)逐步搜索算法,對(duì)梯級(jí)水電站面臨時(shí)段的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算,并根據(jù)優(yōu)化結(jié)果制定梯級(jí)水電站優(yōu)化調(diào)度規(guī)則。梯級(jí)水電站蓄能最大原則在短期能使梯級(jí)水電站蓄能最大,長(zhǎng)期能使梯級(jí)水電站群發(fā)電量達(dá)到最大,根據(jù)梯級(jí)水電站蓄能最大原則制定的梯級(jí)水電站,短期調(diào)度規(guī)則能夠使梯級(jí)水電站取得效益最大化。

郁江梯級(jí)水電站群由西津、仙依灘和桂航3座水電廠組成。針對(duì)西津電廠出力變化頻繁,加上西津下游兩電廠裝機(jī)容量較小,經(jīng)常出現(xiàn)棄水,用增量動(dòng)態(tài)規(guī)劃法進(jìn)行了聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度探索,同時(shí)介紹馬斯京根分段流量演算法。

梯級(jí)水電站聯(lián)合發(fā)電調(diào)度的優(yōu)化模型的確定在整個(gè)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行中起著非常重要的作用。文中提出一種新的梯級(jí)水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調(diào)度的調(diào)度準(zhǔn)則——以單位水體發(fā)電電價(jià)最高優(yōu)先發(fā)電,在此基礎(chǔ)上建立梯級(jí)水電站群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調(diào)度模型及其評(píng)價(jià)方法。首先建立基于四層水體的水庫(kù)能的水電站發(fā)電模型,在此基礎(chǔ)上提出單位水體發(fā)電電價(jià)的概念。建立優(yōu)化調(diào)度模型時(shí),將電力系統(tǒng)中的負(fù)荷變化和在電力市場(chǎng)機(jī)制下分時(shí)上網(wǎng)電價(jià)的影響因素考慮在內(nèi)。該模型能較為客觀地反映梯級(jí)水電站運(yùn)行情況,能給系統(tǒng)調(diào)度員做出最佳調(diào)度決策提供一定的依據(jù)。優(yōu)化仿真計(jì)算結(jié)果證明該調(diào)度準(zhǔn)則具有可行性和適用性。

本文應(yīng)用大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)理論,討論了梯級(jí)水電站水庫(kù)常規(guī)調(diào)度圖的優(yōu)化編制方法,并結(jié)合漢江上游石泉、安康兩梯級(jí)水庫(kù)得出了相應(yīng)結(jié)果,為梯級(jí)水電站水庫(kù)常規(guī)調(diào)度圖的優(yōu)化編制提供了可行的途徑.

本文首先從目標(biāo)函數(shù)和約束條件兩個(gè)方面,介紹了梯級(jí)水電站優(yōu)化調(diào)度的各類數(shù)學(xué)模型.然后對(duì)目前研究比較廣泛的各類優(yōu)化算法進(jìn)行了綜述.最后指出隨著水電能源的開發(fā),梯級(jí)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度下一步可能的發(fā)展方向.

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展,我國(guó)能源結(jié)構(gòu)也隨著不斷變化,水電資源作為一項(xiàng)重要能源,其發(fā)展好壞直接關(guān)系到我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展道路.梯級(jí)水電站作為水電的一種關(guān)鍵形式,必須對(duì)其進(jìn)行發(fā)電優(yōu)化調(diào)度,從而保證水資源得到合理利用.本文主要針對(duì)梯級(jí)水電站的主要特點(diǎn)和未來(lái)發(fā)展方向,總結(jié)了我國(guó)的一些成果,并深入分析了其運(yùn)行過(guò)程中的主要問(wèn)題,通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn),對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度,提出了新的調(diào)度模型.

介紹了目前國(guó)內(nèi)對(duì)于梯級(jí)水電站優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題的研究和實(shí)踐現(xiàn)狀,重點(diǎn)研究了優(yōu)化調(diào)度模型的建立和優(yōu)化算法。

宏觀視角下的流域梯級(jí)水電站聯(lián)合調(diào)度金沙江區(qū)域梯級(jí)水電站邁入\"調(diào)控一體化\"時(shí)代長(zhǎng)江上游大型水電站群聯(lián)合調(diào)度發(fā)展戰(zhàn)略流域梯級(jí)水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的必要性及對(duì)節(jié)能減排的作用氣候變化條件下的三峽梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度長(zhǎng)江上游大型水電站群聯(lián)合調(diào)度關(guān)鍵科技問(wèn)題探討

建立了梯級(jí)水電站短期周優(yōu)化調(diào)度的梯級(jí)蓄能最大模型,在此基礎(chǔ)上采用動(dòng)態(tài)搜索算法對(duì)其進(jìn)行求解。通過(guò)嚴(yán)密的理論推導(dǎo)和詳盡的實(shí)例分析探討了流域梯級(jí)電站負(fù)荷最優(yōu)分配規(guī)律。梯級(jí)電站負(fù)荷最優(yōu)分配主要由梯級(jí)水庫(kù)的區(qū)間入流關(guān)系和水庫(kù)特性決定,其結(jié)論可指導(dǎo)流域梯級(jí)電站優(yōu)化運(yùn)行,為集控中心調(diào)度和指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用提供參考。調(diào)度決策者尚需根據(jù)本文的研究方法針對(duì)本流域和電站的特性制定符合自身的最優(yōu)調(diào)度規(guī)則。

在市場(chǎng)環(huán)境中系統(tǒng)電價(jià)和負(fù)荷一定的情況下,將效益最大化作為系統(tǒng)優(yōu)化準(zhǔn)則,運(yùn)用水資源價(jià)值系數(shù)、設(shè)備運(yùn)行費(fèi)、折舊費(fèi)及其他費(fèi)用等成本因素,建立分時(shí)電價(jià)梯級(jí)水電站短期優(yōu)化調(diào)度模型;構(gòu)造了求解該模型的層結(jié)構(gòu)蟻群算法,采用啟發(fā)式規(guī)則解決解的多樣性和機(jī)組啟停問(wèn)題,采用精英策略節(jié)約計(jì)算內(nèi)存和優(yōu)化時(shí)間。最后,運(yùn)用我國(guó)西南地區(qū)某梯級(jí)流域中三個(gè)連續(xù)水電站的數(shù)據(jù)建立了調(diào)度模型并運(yùn)用層結(jié)構(gòu)算法進(jìn)行仿真;并從理論方面分析了仿真結(jié)果中的每一個(gè)變化,對(duì)精英區(qū)大小的選擇作了討論,分析表明仿真結(jié)果與理論分析保持一致,說(shuō)明建立的模型是合理的,提出的方法是可行而有效的。

為保障梯級(jí)水電站群多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題的計(jì)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標(biāo)遺傳算法.該方法以多目標(biāo)遺傳算法為基礎(chǔ),引入多種群異步進(jìn)化策略保證種群間個(gè)體多樣性;采用遷移機(jī)制保障子種群的信息有機(jī)互饋,提升算法收斂性和解集多樣性;利用并行技術(shù)實(shí)現(xiàn)子種群在各內(nèi)核的同步求解,提高計(jì)算效率.針對(duì)問(wèn)題特點(diǎn),耦合個(gè)體實(shí)數(shù)串聯(lián)編碼方法、混沌初始化種群策略和約束pareto占優(yōu)機(jī)制等,進(jìn)一步提升方法尋優(yōu)性能.瀾滄江流域梯級(jí)水電站群多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果表明,所提方法可充分利用多核資源,提升模型計(jì)算效率與求解精度,并能獲得分布均勻、合理可行的調(diào)度方案集,為水電系統(tǒng)多目標(biāo)高效決策提供科學(xué)依據(jù).

提出一種求解梯級(jí)水電站中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題的方法一蟻群算法（antcolonyalgorithm，aca）．算法模擬了螞蟻群體覓食路徑的搜索過(guò)程來(lái)尋找梯級(jí)水電站中長(zhǎng)期最優(yōu)調(diào)度計(jì)劃．算法把問(wèn)題解抽象為螞蟻路徑，利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移、信息素更新和鄰域搜索以獲取最短路徑即最優(yōu)解．實(shí)例計(jì)算結(jié)果表明，算法可以求褲一具有復(fù)雜約束條件的非線性梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題．算法求解精度高、收斂速度快，為解決梯級(jí)水電站中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題提供了一種有效的方法．圖1表2參8

將改進(jìn)型螞蟻算法用于梯級(jí)水電站短期優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題,并通過(guò)引入遺傳算法的交叉和變異思想以及自適應(yīng)搜索半徑方法提高了螞蟻算法的搜索能力．以最小耗水率模型為例,給出了梯級(jí)水電站短期優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題改進(jìn)型螞蟻算法的數(shù)學(xué)描述和求解的算法步驟,并通過(guò)龍羊峽-李家峽梯級(jí)水電站實(shí)例驗(yàn)證了改進(jìn)型螞蟻算法的優(yōu)越性．結(jié)果表明,與遺傳算法相比,改進(jìn)型螞蟻算法獲得了更優(yōu)的調(diào)度方案．優(yōu)化結(jié)果在取得更低耗水率的同時(shí),減少了機(jī)組的啟停次數(shù),并且使所有機(jī)組連續(xù)高效運(yùn)行,從而降低了機(jī)組的維護(hù)費(fèi)用,并增加了梯級(jí)的經(jīng)濟(jì)效益．

介紹分析梯級(jí)電廠水電聯(lián)合調(diào)度的技術(shù)和策略,以及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成原則。

如今，廣大民眾對(duì)能源的需求量越來(lái)越高，但是我國(guó)的能源可用量卻越來(lái)越少，在這種情況下，對(duì)水、電能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整是勢(shì)在必行的。其實(shí)，梯級(jí)水電站優(yōu)化調(diào)度已經(jīng)得到了廣大民眾的普遍關(guān)注．而本研究就將針對(duì)“梯級(jí)水電站優(yōu)化調(diào)度模型與算法研究”這一主題進(jìn)行詳細(xì)的闡述，使廣大民眾對(duì)這方面的內(nèi)容有一個(gè)更加全面且深入的了解。

水庫(kù)調(diào)度圖是水電站發(fā)電調(diào)度運(yùn)行的基礎(chǔ),然而現(xiàn)有研究和算法大都集中在單庫(kù)調(diào)度圖,庫(kù)群發(fā)電調(diào)度圖成果較少。本文結(jié)合我國(guó)開發(fā)得較為完善的烏江流域梯級(jí)水電站群,提出了一種實(shí)用的梯級(jí)水電站群發(fā)電優(yōu)化調(diào)度圖制定方法。該方法以單庫(kù)調(diào)度圖為基礎(chǔ),綜合形成初始的庫(kù)群調(diào)度圖,并以此進(jìn)行模擬調(diào)度,即根據(jù)兩種調(diào)度圖對(duì)長(zhǎng)系列資料逐時(shí)段計(jì)算,獲得兩種負(fù)荷結(jié)果,最終運(yùn)用庫(kù)群負(fù)荷分配調(diào)整兩種負(fù)荷的偏差,獲得調(diào)度結(jié)果;然后以模擬調(diào)度統(tǒng)計(jì)的多年平均發(fā)電量最大為目標(biāo),采用逐次逼近算法不斷修正兩種調(diào)度圖的基本調(diào)度線,最終獲得滿足精度要求的單庫(kù)調(diào)度圖和庫(kù)群調(diào)度圖。較常規(guī)方法,本方法方便一次性得出水電站(群)調(diào)度圖。模擬調(diào)度結(jié)果表明所建立的方法有效、實(shí)用,在兼顧電網(wǎng)對(duì)電站要求的基礎(chǔ)上,大大提高了梯級(jí)長(zhǎng)期發(fā)電效益。

針對(duì)電力市場(chǎng)中買賣雙方通過(guò)簽訂遠(yuǎn)期合同進(jìn)行交易的市場(chǎng)交易類型,結(jié)合水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度理論與方法,建立物理合同和金融合同下的梯級(jí)水庫(kù)優(yōu)化模型,并以清江梯級(jí)水電站為例進(jìn)行應(yīng)用研究,驗(yàn)證了模型的合理性與有效性,為今后市場(chǎng)環(huán)境下水電商針對(duì)不同的合同簽訂方式做出決策提供了參考和依據(jù)。

針對(duì)流域梯級(jí)水電站優(yōu)化調(diào)度的特點(diǎn),提出了計(jì)及atc影響的梯級(jí)水電站優(yōu)化調(diào)度模型。根據(jù)電網(wǎng)典型運(yùn)行方式和上一時(shí)間段的調(diào)度情況,利用最優(yōu)潮流計(jì)算水電上網(wǎng)通道的atc容量。將atc容量約束直接引入到梯級(jí)水電站優(yōu)化調(diào)度模型中,利用粒子群優(yōu)化算法的全局尋優(yōu)能力對(duì)梯級(jí)水電站中長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度進(jìn)行尋優(yōu)。以四川某流域梯級(jí)的4個(gè)電站優(yōu)化調(diào)度為例,計(jì)算結(jié)果表明采用所建模型和方法能夠有效提高梯級(jí)水電站發(fā)電量和發(fā)電收益。