申请/专利权人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司

申请日：2023-07-28

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN116993087B

主分类号：G06Q10/0631

分类号：G06Q10/0631;G06Q10/04;G06Q50/06;G06Q50/26;H02J3/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2023.11.21#实质审查的生效;2023.11.03#公开

摘要：本发明提供一种基于多层次嵌套动态规划多目标模型的水库优化调度方法，旨在实现在确保汛期水库防洪安全、满足下游用水（含生态、航运等）要求、考虑特定水位发电效益分配规则下的电网发电收益最大化，即提出了一种针对多目标、复杂约束下的水库优化调度的实用有效且具有通用性的方法。本发明根据水库来水过程和起算库水位，利用本发明中的多目标优化模型和多层次嵌套动态规划求解方法，克服了“维数灾”问题，求出水位、出力及下泄等最优调度方案，供编制年发电计划作参考，也可用于优化电站运行。本发明考虑了峰谷电价，使电站出力更能贴合电网负荷需求，求解方法寻优能力强，综合效益显著提高。

主权项：1.基于多层次嵌套动态规划多目标模型的水库优化调度方法，其特征是由两部分构成：第一部分为通用于防洪、供水、航运、发电多任务水库的多目标优化模型；第二部分为针对多目标模型的多层次嵌套动态规划求解方法；第一部分是以考虑峰谷电价后的年发电收益最大化为目标函数，将防洪、供水、航运目标转化为约束条件，并将特定水位发电效益分配规则也转化为约束条件，建立多目标优化模型；第二部分是以基于任意2个相邻时段出力之和最优化的子问题，得到本阶段全局非劣解后，再代入下阶段子问题求解子问题最优解，再得到下阶段全局较优解后，多层次嵌套迭代，直到得到全局最优解为止，即可求得水库最优化的调度方案；多目标优化模型建立包括如下步骤：S1以年发电收益最大为目标建立优化模型，其中，目标函数年发电收益当计算时段为月、旬和日时，G相应为12，36和365，rj为考虑峰谷因素后的时段平均电价，EM为电网年发电收益；ΔEMj为第j时段发电收益；约束条件为：1最大库容约束Vj≤Vmaxm；Vmaxm为时段最高水位对应库容，Vj为第j时段末库容；2出力限制0≤Nj≤N出力限制；Nj为时段平均出力，N出力限制为预想出力；3泄量约束q下游≤qj≤q满发；qj为时段平均下泄流量，q下游为下游用水时段平均流量，包含生态下泄、最小航运流量，q满发电站额定流量；4水量平衡Vj+1＝Vj+Qj-qj×Ntj；Qj为时段平均入库流量，Ntj为第j时段的小时数；5当Za≤Zj＜Zb且时段平均出力Nj＞N保，ΔEj＝Nj×Ntj-Nj-N保×t2j×1-c；ΔEj为电网第j时段获得电量，为时段发电量扣掉依据分电规则应分出去的电量，t2j为第j时段水位在Za～Zb发电时间，单位为小时，N保为保证出力，Za为发电效益分电规则下限水位，Zb为发电效益分电规则上限水位，Zj为第j时段末水位；6当Zj≥Zb且月平均出力Nj＞N保，ΔEj＝Nj×Ntj-Nj-N保×t2j×c-Nj-N保×t3j；t3j为第j时段水位在Zb以上发电时间，单位为小时；当计算时段为月时1≤j≤12，为旬时1≤j≤36，为日时1≤j≤365；所述多层次嵌套动态规划求解方法，包括如下步骤：S2模型求解第一阶段：初始解生成以下游用水要求时段平均下泄流量发电，求得各时段初末水位；第二阶段优化：利用多层次嵌套动态规划优化得到全局非劣解在初始解的基础上采用多层次嵌套动态规划法，将任意相邻2个时段作为一个子问题研究对象，以时段初水位、入库流量为已知条件，该相邻2个时段下泄流量在初始各时段发电流量基础上，设定上、下限后，等距增加下泄流量，设定多个方案，以该2个相邻时段出力之和最大化为目标求解，直到完成所有任意相邻2个时段子问题的局部最优解，再代入模型全局寻优，得到第二阶段全局非劣解；第三阶段：在第二阶段基础上再次优化，求得全局最优解在第二阶段非劣解基础上，同样利用多层次嵌套动态规划法，将任意相邻2个时段作为一个子问题研究对象，以第二阶段非劣解的时初、时末水位均为已知条件，计算子问题的最优解；以子问题最优解嵌套入第三阶段中，计算得到全局最优解，即可算出全年最优调度方案；其中，求解要素：1阶段变量j：时段；2决策变量qj：时段平均下泄流量；3状态转移方程：Vj+1＝TVj,qj，由水量平衡推导的第j+1时段库容Vj+1与第j时段库容Vj和第j时段下泄流量qj的函数关系；4指标函数：ENjj-1＝maxΔEj-1×pj-1+ΔEj×pj，j≥2，描述的是任意2个相邻时段发电效益最优子问题的函数关系，pj为考虑了峰谷电价的第j时段的电价，选出该子问题的最优策略qj-1,qj和相应状态Vj,Vj+1，相应Zj,Zj+1，当依次算完一年中的所有子问题，得到整个过程的最优策略q1,q2,…,qG，和相应状态系列V1,…,VG，Z1,…,ZG；q1,q2,…,qG为各时段下泄流量，V1,…,VG为各时段末库容，Z1,…,ZG为各时段末水位；5输入：年初水位、预测来水过程、下游用水要求时段平均流量；6输出：年最大发电收益、年发电量、各时段平均出力、各时段末水位、各时段下泄流量；在第三阶段子问题最优解基础上按分电效益规则计算发电效益求解和选优获得全局最优解，得到全年优选后的方案，包括各时段发电下泄流量过程、库水位过程、出力过程、发电量，从而得到满足水库多目标优化的年调度过程。

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