梯級水電站參數(shù)優(yōu)化模糊PID實時控制模型

如今，廣大民眾對能源的需求量越來越高，但是我國的能源可用量卻越來越少，在這種情況下，對水、電能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整是勢在必行的。其實，梯級水電站優(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“梯級水電站優(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，使廣大民眾對這方面的內(nèi)容有一個更加全面且深入的了解。

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，科技大發(fā)展，經(jīng)濟大發(fā)展。人們的生活越來越舒適、便捷的同時，隨之而來的一系列問題也十分明顯。環(huán)境的污染、能源的短缺，促進(jìn)了我國水電企業(yè)模型的改革，因為只有改革才能適應(yīng)時代的變化，才能解決日益嚴(yán)峻的能源形勢。下面，我們將主要分析一下目前我國梯級水電站優(yōu)化調(diào)度模型與算法。

如今，廣大民眾對能源的需求量越來越高，但是我國的能源可用量卻越來越少，在這種情況下，對水、電能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整是勢在必行的。其實，梯級水電站優(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“梯級水電站優(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，使廣大民眾對這方面的內(nèi)容有一個更加全面且深入的了解。

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，科技大發(fā)展，經(jīng)濟大發(fā)展。人們的生活越來越舒適、便捷的同時，隨之而來的一系列問題也十分明顯。環(huán)境的污染、能源的短缺，促進(jìn)了我國水電企業(yè)模型的改革，因為只有改革才能適應(yīng)時代的變化，才能解決日益嚴(yán)峻的能源形勢。下面，我們將主要分析一下目前我國梯級水電站優(yōu)化調(diào)度模型與算法。

該文建立了三個復(fù)雜的清江流域梯級水電站短期優(yōu)化調(diào)度模型,其中包括了蓄水位約束、用水約束、出力約束,利用poa(逐步逼近法)法解決水電站群的優(yōu)化問題,較大的提高了水庫效益,獲得較為滿意的結(jié)果。

針對梯級水電站群實際運行的優(yōu)化調(diào)度指導(dǎo)需求,在多元線性回歸算法基礎(chǔ)上引入f檢驗和擬合優(yōu)度檢驗判別機制,建立了基于梯級水電站優(yōu)化調(diào)度的調(diào)度函數(shù)逐步優(yōu)化算法,并將該算法應(yīng)用于金沙江—長江大型梯級電站系統(tǒng)調(diào)度函數(shù)制定中,通過時間因子、空間因子和能量因子3類待選自變量的合理篩選,構(gòu)建出具有指導(dǎo)梯級運行意義的梯級各電站優(yōu)化調(diào)度函數(shù)。該函數(shù)形式簡潔,具有良好的可操作性和可解釋性。將用調(diào)度函數(shù)模擬梯級運行結(jié)果與同系列優(yōu)化調(diào)度結(jié)果進(jìn)行比較分析,結(jié)果表明調(diào)度函數(shù)指導(dǎo)梯級運行較好地保留了優(yōu)化調(diào)度的各方面效益,具有較高的模擬精度和實用價值。

梯級水電站群實時發(fā)電計劃調(diào)整是充分發(fā)揮大規(guī)模水電站群短期發(fā)電能力、實時協(xié)調(diào)能力,及時有效地響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度需求的重要手段。論文提出的數(shù)學(xué)模型成功應(yīng)用到四川省大渡河流域水電站群中,有效地開展了水電站群發(fā)電計劃的實時監(jiān)控和優(yōu)化調(diào)度工作,為全國其他流域大型水電站群和電網(wǎng)的調(diào)度運行提供借鑒。

電網(wǎng)負(fù)荷需求量隨著氣候、環(huán)境的變化而變化,在很大程度上存在著不確定性,而目前制定的發(fā)電計劃都是根據(jù)以往的經(jīng)驗進(jìn)行制定的,給出的計劃出力與實際負(fù)荷水平存在較大的偏差。由于存在偏離發(fā)電計劃的偏差,如果單純地按照發(fā)電計劃發(fā)電,會導(dǎo)致電能的不平衡,從而影響電網(wǎng)的正常運行。為了描述這種偏差,采用模糊集理論來描述負(fù)荷的不確定性,構(gòu)建了一個基于模糊負(fù)荷的梯級水電站發(fā)電耗水量最小的短期優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型,利用模糊區(qū)間的概念來研究不同模糊置信水平下梯級水電站的優(yōu)化調(diào)度問題。同時研究入庫徑流量、發(fā)電耗水量、棄水量、水頭變化等因素,全面考慮蓄水量、棄水量、發(fā)電流量、發(fā)電水頭之間的關(guān)系及其對水電站正常運行的影響,以及各級水電站間的相互影響,用二次曲線表達(dá)式描述水電站水頭特性關(guān)系,既能準(zhǔn)確描述水電站水庫特性,又能減少優(yōu)化問題的決策變量個數(shù),提高求解效率。最后以一個三級水電站為例,通過遺傳算法求解所建模型,利用置信區(qū)間的概念分析負(fù)荷在不同置信水平下的優(yōu)化情況,結(jié)果表明了所建優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型的正確性和可行性。

利用不確定理論,將入庫徑流量設(shè)定為模糊隨機變量,在不確定環(huán)境下研究梯級水電站短期優(yōu)化調(diào)度問題,并建立了相應(yīng)數(shù)學(xué)模型.應(yīng)用表明,該研究方法具有可行性.

針對粒子群算法容易早熟和易于陷入局部極值的缺點,提出一種梯級水電站優(yōu)化調(diào)度的模糊自適應(yīng)粒子群算法.在該算法中將慣性權(quán)值表示為粒子群進(jìn)化速度因子和群體適應(yīng)度方差的模糊函數(shù),在每次迭代過程中動態(tài)改變慣性權(quán)值,以適應(yīng)非線性優(yōu)化搜索過程.針對違反約束的粒子,設(shè)計了一種動態(tài)空間調(diào)整策略來修復(fù)約束要求.為了驗證算法的性能,用2個測試函數(shù)和擁有4個水電站的系統(tǒng)進(jìn)行了測試,在求解精度和速度上與標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法和改進(jìn)慣性權(quán)值線性遞減粒子群算法進(jìn)行了對比,結(jié)果表明模糊自適應(yīng)粒子群算法收斂速度快、精度高.

利用不確定理論，將入庫徑流量設(shè)定為模糊隨機變量，在不確定環(huán)境下研究梯級水電站短期優(yōu)化調(diào)度問題，并建立了相應(yīng)數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用表明，該研究方法具有可行性。

本文提出兩種梯級水電站實時負(fù)荷分配模型,模型ⅰ根據(jù)站間和廠內(nèi)水量電力平衡分配站間負(fù)荷,檢驗站間聯(lián)合躲避不可調(diào)控區(qū)和防止負(fù)荷大規(guī)模轉(zhuǎn)移等約束滿足情況并制定開停機策略,以梯級電站水位能消耗最少為目標(biāo)調(diào)整初始分配繼而實現(xiàn)廠內(nèi)經(jīng)濟運行;模型ⅱ根據(jù)聚合分解思想將梯級水電站系統(tǒng)分為若干組對偶子系統(tǒng),每組對偶系統(tǒng)聚合為虛擬電站直接以機組為基本分配單元優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。清江梯級電站實時運行仿真計算結(jié)果表明,模型ⅰ和模型ⅱ能降低隔河巖電站和高壩洲電站耗水分別為1.35%,1.45%和0.95%,1.6%;減少隔河巖機組穿越振動區(qū)分別為9.83%和17.3%。兩種模型既可顯著增加電站經(jīng)濟效益又能大幅提高運行安全性。

研究了電力市場下的梯級水電站的長期優(yōu)化調(diào)度問題,建立了多發(fā)電主體梯級水電站優(yōu)化調(diào)度模型.該模型通過調(diào)節(jié)上下游不同發(fā)電主體下電站的效益補償,可以協(xié)調(diào)上下游不同發(fā)電主體的利益,保證總的梯級效益接近最優(yōu)化.將建立的多目標(biāo)調(diào)度模型用權(quán)重法轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)求解,可獲得不同權(quán)重組合下的一組非劣解集.同時還探討了浮動上網(wǎng)電價對存在多發(fā)電主體情況下梯級效益的影響,梯級效益的變化趨勢與枯水期電價上浮與豐水期下浮比例x/y有關(guān),只有x/y足夠大時,梯級總效益才會比電價不浮動時有所增加.

梯級水電站日優(yōu)化調(diào)度模型在考慮電網(wǎng)負(fù)荷要求和梯級水電站各機組的振動區(qū)的前提下,采用電網(wǎng)允許的峰平谷負(fù)荷比約束日內(nèi)各時段的出力,達(dá)到了減少機組起停次數(shù)的目的。模型采用動態(tài)定出力求解,以梯級電站發(fā)電收入最大化為目標(biāo),并用實例對此模型進(jìn)行了計算。計算過程和結(jié)果表明,動態(tài)定出力求解時間短,優(yōu)化結(jié)果與目前的電網(wǎng)需求相一致。

水力發(fā)電是我國國民經(jīng)濟在發(fā)展過程中必不可少的重要組成部分,水力發(fā)電不僅會對我國經(jīng)濟發(fā)展起到一定的推動和促進(jìn)作用,而且還能夠從根本上為現(xiàn)代人的日常生活提供有效保障。在這一背景下,文章針對梯級水電站實時優(yōu)化調(diào)度與經(jīng)濟運行的具體措施進(jìn)行深入分析,為我國水利發(fā)電工程的未來可持續(xù)發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。

分析研究了梯級電站長期發(fā)電優(yōu)化調(diào)度的理論與方法，針對傳統(tǒng)遺傳算法應(yīng)用于梯級電站長期發(fā)電優(yōu)化調(diào)度問題時存在的缺陷，如傳統(tǒng)遺傳算法用于求解梯級電站優(yōu)化調(diào)度問題時，存在隨機種群可行率難以控制；遺傳操作過程中可能破壞較優(yōu)個體；易”早熟”等問題，提出一種改進(jìn)的遺傳算法，即在產(chǎn)生隨機種群和變異過程中提出考慮連續(xù)階段約束，對個體的可行性進(jìn)行檢驗、修正和保護；通過優(yōu)化設(shè)計變量在各次計算中產(chǎn)生聯(lián)系，實現(xiàn)算法的逐步尋優(yōu)，避免算法的”早熟”。通過實例仿真分析，驗證了改進(jìn)算法的可行性和優(yōu)越性。

水是一種綠色可再生能源，隨著我國電力市場的發(fā)展與完善，水電站的優(yōu)化調(diào)度成為保障電力系統(tǒng)安全和經(jīng)濟運行的重要技術(shù)工作。梯級水電站優(yōu)化調(diào)度控制問題比較復(fù)雜，尤其是二級以上具有較大調(diào)節(jié)水庫的梯級水電站的優(yōu)化調(diào)度其難度更大，受到相關(guān)學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文就梯級水電站實時優(yōu)化調(diào)度與經(jīng)濟運行進(jìn)行簡要分析。

以梯極水電站群作為背景,以大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)技術(shù)作為理論基礎(chǔ),建立了梯級水電站群優(yōu)化補償調(diào)節(jié)的數(shù)學(xué)模型,并開發(fā)出一套實用的水庫群優(yōu)化補償調(diào)節(jié)軟件,通過實例驗算,證明模型的建立與軟件的開發(fā)都是成功的。

針對傳統(tǒng)優(yōu)化算法在求解高維、復(fù)雜梯級水電站發(fā)電調(diào)度時易出現(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)用實踐表明，通過將isfla與標(biāo)準(zhǔn)混洗蛙跳算法、粒子群算法以及逐步優(yōu)化方法對比，isfla在求解梯級水電站發(fā)電優(yōu)化問題時具有明顯的優(yōu)越性。

本文首先從目標(biāo)函數(shù)和約束條件兩個方面,介紹了梯級水電站優(yōu)化調(diào)度的各類數(shù)學(xué)模型.然后對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),梯級水庫優(yōu)化調(diào)度下一步可能的發(fā)展方向.

在由\"龍頭\"水庫與若干日調(diào)節(jié)或無調(diào)節(jié)水電站組成的梯級水電中,枯水期末和汛期洪水間隔階段,\"龍頭\"水庫根據(jù)下游電站區(qū)間來水情況,在正常發(fā)電流量外實施小流量泄流補償,不僅可以提高\"龍頭\"水庫的防洪安全性、減少無益棄水,而且可以給下游電站提供更多的發(fā)電水量,改善機組的運行效率。文中建立了梯級水電站實時發(fā)電補償調(diào)度風(fēng)險分析模式,提出了梯級水電站實時補償增益的計算方法、\"龍頭\"水庫不同補償方案下風(fēng)險的定量化方法以及基于期望增益最大的補償方案選擇方法。實例研究表明所提出的方法是合理、有效的,具有較好的輔助決策價值。

研究網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)在水庫群調(diào)度中的應(yīng)用，把多目標(biāo)分層排序網(wǎng)絡(luò)分析模型拓展到多目標(biāo)梯級水電站調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)分析中，提出梯級水電站群調(diào)度多目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)分析模型。結(jié)合某流域梯級水電站群優(yōu)化調(diào)度實例進(jìn)行模型的應(yīng)用研究，結(jié)果表明，用本文模型構(gòu)造的時空網(wǎng)絡(luò)圖，結(jié)構(gòu)清晰，直觀形象，算法效率高。