1、水電站水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度多目標(biāo)決策教材課件1.水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度的內(nèi)涵2.水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度的準(zhǔn)則3.水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型的建立4.水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型的求解1.水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度的內(nèi)涵水庫(kù)調(diào)度：根據(jù)水庫(kù)的功能和調(diào)蓄能力，在保 證下游防洪安全和水工建筑物安全 的前提下，對(duì)水庫(kù)的來(lái)水過(guò)程進(jìn)行 徑流調(diào)節(jié)，提高發(fā)電效益的一種水 庫(kù)運(yùn)用控制技術(shù)。 興利調(diào)度水庫(kù)調(diào)度 防洪調(diào)度 生態(tài)調(diào)度水電站水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度多目標(biāo)決策教材課件水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度：以系統(tǒng)工程方法為基礎(chǔ)，建立以水 庫(kù)效益最大為目標(biāo)，以水量平衡、 供水能力等為約束條件的優(yōu)化調(diào)度 模型。水庫(kù)常規(guī)調(diào)度：根據(jù)水庫(kù)的調(diào)度規(guī)則，利用徑流調(diào) 節(jié)理論和水能計(jì)算方法，確定滿(mǎn)足 水庫(kù)既定任務(wù)的蓄

2、泄過(guò)程。水電站水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度多目標(biāo)決策教材課件1.國(guó)民經(jīng)濟(jì)效益最大或經(jīng)濟(jì)費(fèi)用最小最優(yōu)準(zhǔn)則2.滿(mǎn)足水資源綜合利用部門(mén)一定要求的條件下，使電力系統(tǒng)的總耗煤量最小3.滿(mǎn)足電力系統(tǒng)和水資源綜合利用部門(mén)一定要求的前提下，使水電站的發(fā)電量最大4.火電為主，水電為輔的電力系統(tǒng)中的調(diào)峰調(diào)頻電站，使水電站供水期的最小出力最大（或保證電能最大）1.國(guó)民經(jīng)濟(jì)效益最大或經(jīng)濟(jì)費(fèi)用最小最優(yōu)準(zhǔn)則目標(biāo)函數(shù)1.以發(fā)電量（或發(fā)電效益）最大為目標(biāo)目標(biāo)函數(shù)2.以水電站出力最小的時(shí)段的出力盡可能大為目標(biāo)3.以水庫(kù)庫(kù)區(qū)及下游河道生態(tài)環(huán)境需水量缺水量最小為目標(biāo)2.以水電站出力最小的時(shí)段的出力盡可能大為目標(biāo)生態(tài)環(huán)境：河流+水庫(kù)河流生態(tài)環(huán)境需水

3、量：滿(mǎn)足河流生態(tài)系統(tǒng)設(shè)定生態(tài) 功能與環(huán)境功能的需水量，包括生態(tài)需水與環(huán)境需水。水庫(kù)生態(tài)環(huán)境需水量：水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮正常生態(tài)環(huán)境功能所需的水量，包括生態(tài)需水與環(huán)境需水。生態(tài)環(huán)境：河流+水庫(kù)生態(tài)需水 ：水面蒸發(fā)量 保持天然條件下河床和河岸穩(wěn)定等維持非生物 環(huán)境基本功能的河流基流量 維持賴(lài)水生存的生物體自身消耗生產(chǎn)空間的河 流生物需水量環(huán)境需水：包括維持河道水沙平衡、水鹽平衡、水功能區(qū) 劃下一定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、河道景觀等基本用水需求 所需水量。生態(tài)需水 ：水面蒸發(fā)量生態(tài)需水：水庫(kù)庫(kù)區(qū)生態(tài)需水（蒸發(fā)、滲漏損失水量，水生物生存所需水量，賴(lài)水生存的動(dòng)植物耗水量）與維持下 游基本生態(tài)功能所需要的水量（水生物正常生

4、存繁殖所需水量）。環(huán)境用水：庫(kù)區(qū)環(huán)境需水（滿(mǎn)足水質(zhì)要求和一定的水庫(kù)景觀水位所需水量）與下游環(huán)境需水（維持水沙平衡、水鹽平衡、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、河道景觀等基本用水所需水量）。生態(tài)需水：水庫(kù)庫(kù)區(qū)生態(tài)需水（蒸發(fā)、滲漏損失水量，水生物生存所1.水庫(kù)的水量平衡約束2.水庫(kù)的需蓄水量約束3.水庫(kù)的下泄流量約束1.水庫(kù)的水量平衡約束4.水電站的出力約束5.變量邊界約束6.變量非負(fù)約束水電站水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度多目標(biāo)決策教材課件水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度模型求解混沌是自然界的一種普遍現(xiàn)象，它看似混亂，卻有著精致的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，具有“隨機(jī)性”，“遍歷性”，“規(guī)律性”等特點(diǎn)。遍歷性：在一定范圍內(nèi)能按其自身的規(guī)律不重復(fù)的遍歷所有的狀態(tài)。CGA:混沌

5、優(yōu)化的遍歷性+遺傳算法優(yōu)化的反演性 將混沌狀態(tài)引入到優(yōu)化變量中，并把混沌運(yùn)動(dòng)的遍歷范圍放大到優(yōu)化變量的取值范圍，然后把得到的混沌變量進(jìn)行編碼，表示成染色體，將他們置于問(wèn)題的環(huán)境中，根據(jù)適者生存的原則，對(duì)其進(jìn)行選擇，復(fù)制，交叉，變異，然后對(duì)各個(gè)混沌變、量附加一混沌小擾動(dòng)，通過(guò)一代代得不斷進(jìn)化，最后收斂到一個(gè)最適合環(huán)境的個(gè)體上，求得問(wèn)題的最優(yōu)解。水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度模型求解混沌是自然界的一種普遍現(xiàn)象，它看似混亂，CGA求解水電站水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度步驟如下：劃分調(diào)度期時(shí)段，確定決策變量及其取值空間參數(shù)設(shè)定。確定變量的個(gè)數(shù)，確定遺傳算法的M,T,目標(biāo)函數(shù)的處理(多目標(biāo)單目標(biāo))約束處理初始化種群CGA求解水電站水庫(kù)優(yōu)

6、化調(diào)度步驟如下：Logistic映射為：將混沌序列放大到?jīng)Q策變量取值空間：Logistic映射為：6.編碼（浮點(diǎn)碼）7.適應(yīng)度函數(shù)值計(jì)算8.最優(yōu)保留策略（最優(yōu)的10%）9.選擇、交叉和變異計(jì)算 隨機(jī)聯(lián)賽選擇、算數(shù)交叉、均勻變異10.混沌擾動(dòng)算子11.初始最優(yōu)解 適應(yīng)度函數(shù)值的最大值與與平均值的差值在允許范圍內(nèi)，或迭代次數(shù)達(dá)到設(shè)定最大值，則尋優(yōu)結(jié)束，得初始最優(yōu)解水電站水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度多目標(biāo)決策教材課件12.初始最優(yōu)解加微小的混沌擾動(dòng)13.細(xì)搜索優(yōu)化水電站水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度多目標(biāo)決策教材課件實(shí)例研究水電站水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度多目標(biāo)決策教材課件某水利樞紐工程的任務(wù)是供水結(jié)合發(fā)電，同時(shí)亦兼有防洪、防凌等綜合效益。水庫(kù)的

7、總庫(kù)容為8.96億m，調(diào)節(jié)庫(kù)容為4.45億m，水庫(kù)最高蓄水位為980.00m，正常蓄水位為977.00m,電站設(shè)計(jì)保證率取90%。取水口設(shè)于大壩左岸邊坡壩段，兩條引水鋼管單孔引水流量24m/s，可滿(mǎn)足樞紐年供水量14億m。樞紐水電站裝機(jī)1080MW，多年平均發(fā)電量27.5億kWh。某水利樞紐工程的任務(wù)是供水結(jié)合發(fā)電，同時(shí) 該水利樞紐作為跨流域調(diào)水工程的首部樞紐對(duì)減少引水的含沙量、改善引水水質(zhì)、減輕水泵磨損、減少供水調(diào)節(jié)水庫(kù)的淤積、增加引水時(shí)段、降低提水揚(yáng)程、節(jié)省電能、降低引水成本等都有重要意義。樞紐電站對(duì)滿(mǎn)足調(diào)峰需要，降低系統(tǒng)燃料消耗，改善火電機(jī)組運(yùn)行條件，增加系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高周波質(zhì)量也

8、起著很大的作用，同時(shí)，水庫(kù)的滯洪和攔蓄上游來(lái)水，對(duì)下游防洪、防凌都是有利的。 該水利樞紐作為跨流域調(diào)水工程的首部樞紐對(duì)減少引水的含沙目標(biāo) 采用約束法將出力最小時(shí)段的出力盡可能大和生態(tài)環(huán)境需水缺水量最小兩個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)換為約束條件。水電站發(fā)電量最大出力最小時(shí)段的出力盡可能大生態(tài)環(huán)境蓄水缺水量最小目標(biāo) 水電站發(fā)電量最大用一個(gè)水文年為周期，將調(diào)度期分為12個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段的小時(shí)數(shù)為730水電站綜合出力系數(shù)為8.3水頭損失為0.5m年發(fā)電量t時(shí)段的發(fā)電流量水庫(kù)上游平均水位水庫(kù)下游平均水位用一個(gè)水文年為周期，將調(diào)度期分為12個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段的小時(shí)數(shù)目標(biāo)函數(shù)中以各月初的水位作為決策變量，根據(jù)水電站的資料，確定各

9、時(shí)段水位的上下限，得到：目標(biāo)函數(shù)中以各月初的水位作為決策變量，根據(jù)水電站的資料，確定生態(tài)蓄水約束水電站的出力約束水量平衡約束蓄水量約束下泄流量約束生態(tài)蓄水約束（1）下游河道生態(tài)環(huán)境需水約束 通過(guò)Tennant法和最小月徑流法計(jì)算，取其較 大值：（1）下游河道生態(tài)環(huán)境需水約束（2）庫(kù)區(qū)本身生態(tài)環(huán)境需水約束 在任何時(shí)刻，水庫(kù)的水位都應(yīng)該在其最小生態(tài)環(huán)境庫(kù)容對(duì)應(yīng)的水位之上。t時(shí)段水庫(kù)最小生態(tài)環(huán)境庫(kù)容對(duì)應(yīng)的水庫(kù)水位（2）庫(kù)區(qū)本身生態(tài)環(huán)境需水約束t時(shí)段水庫(kù)最小生態(tài)環(huán)境庫(kù)容對(duì)應(yīng) 水電站的保證出力為18.5萬(wàn)kW，考慮到應(yīng)該盡可能提高好的保證出力，取最小出力限制為18.9萬(wàn)kW，最大出力限制為裝機(jī)容量108

10、萬(wàn)kW水電站每月的出力，萬(wàn)kW 水電站的保證出力為18.5萬(wàn)kW，考慮到應(yīng)該盡可能提高t時(shí)段末的水庫(kù)蓄水量t時(shí)段初的水庫(kù)蓄水量t時(shí)段的平均入庫(kù)流量t時(shí)刻的發(fā)電流量t時(shí)段末的水庫(kù)蓄水量t時(shí)段初的水庫(kù)蓄水量t時(shí)段的平均入庫(kù)流量 水庫(kù)蓄水量的上、下限可根據(jù)各時(shí)段水位的上、下限值查水庫(kù)的水位庫(kù)容曲線(xiàn)確定。t時(shí)段允許水庫(kù)最小蓄水量t時(shí)段允許水庫(kù)最大蓄水量 水庫(kù)蓄水量的上、下限可根據(jù)各時(shí)段水位的上、下限值查水 水電站的最小下泄流量為下游生態(tài)環(huán)境需水流量，而最大下泄流量按6臺(tái)機(jī)組同時(shí)下泄，最大下泄流量為1800m/s。 水電站的最小下泄流量為下游生態(tài)環(huán)境需水流量，而最大下目標(biāo)函數(shù)約束條件目標(biāo)函數(shù)水電站的年發(fā)

11、電量 選擇豐、平、枯三個(gè)代表年計(jì)算，求出三個(gè)代表年的發(fā)電量然后加以平均，求出水電站多年平均年發(fā)電量。水電站的年發(fā)電量以平水年為例，對(duì)模型求解過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。模型的初始種群數(shù)取2000，最大、最小交叉概率分別取0.9和0.4，最大、最小變異概率分別取0.1和0.001，允許誤差為 ，最大迭代次數(shù)為50，Logistic映射初值取為0.51,0.74利用Matlab7.1軟件編程計(jì)算，將GCA優(yōu)化程序重復(fù)運(yùn)行10次，即優(yōu)化運(yùn)算10次，每次優(yōu)化運(yùn)算得到的最終年發(fā)電量如表：以平水年為例，對(duì)模型求解過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。第9次優(yōu)化運(yùn)算詳細(xì)過(guò)程數(shù)據(jù)及最優(yōu)化結(jié)果水電站水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度多目標(biāo)決策教材課件優(yōu)化調(diào)度后的

12、最終結(jié)果：優(yōu)化調(diào)度后的最終結(jié)果：計(jì)算結(jié)果符合要求，優(yōu)化調(diào)度后平水年平均年發(fā)電量為29.06億kWh。采用同樣的模型和方法對(duì)豐水年和枯水年入庫(kù)徑流情況下的水庫(kù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，進(jìn)而得到考慮生態(tài)的水電站水庫(kù)多年平均發(fā)電量：計(jì)算結(jié)果符合要求，優(yōu)化調(diào)度后平水年平均年發(fā)電量為29.06億計(jì)算得到的多年平均發(fā)電量為28.41億kWh，常規(guī)調(diào)度時(shí)多年平均發(fā)電量是27.5億kWh，優(yōu)化后年發(fā)電量增加0.91億kWh，提高3.3%。將DP、GA、CGA三種方法優(yōu)化計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可見(jiàn)CGA的結(jié)果最優(yōu)。CGA算法綜合了GA和COA算法的優(yōu)越性，具有搜索效率高，收斂性能好，更逼近全局最優(yōu)解等優(yōu)點(diǎn)。但是，計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)。

13、同時(shí)討論不考慮生態(tài)時(shí)的水電站水庫(kù)調(diào)度問(wèn)題，不考慮生態(tài)時(shí)發(fā)電量只增加了0.08億kWh，而對(duì)河流生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響是深遠(yuǎn)的。因此，考慮生態(tài)環(huán)境，犧牲一小部分發(fā)電效益而換來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展是值得的，也是十分必要的。計(jì)算得到的多年平均發(fā)電量為28.41億kWh，常規(guī)調(diào)度時(shí)多模型：模型：水電站水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度多目標(biāo)決策教材課件水電站水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度多目標(biāo)決策教材課件歡迎批評(píng)指正！歡迎批評(píng)指正！每一次的加油，每一次的努力都是為了下一次更好的自己。9月-229月-22Tuesday, September 27, 2022天生我材必有用，千金散盡還復(fù)來(lái)。00:42:2400:42:2400:429/27

14、/2022 12:42:24 AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。9月-2200:42:2400:42Sep-2227-Sep-22得道多助失道寡助，掌控人心方位上。00:42:2400:42:2400:42Tuesday, September 27, 2022安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。9月-229月-2200:42:2400:42:24September 27, 2022加強(qiáng)自身建設(shè)，增強(qiáng)個(gè)人的休養(yǎng)。2022年9月27日12:42 上午9月-229月-22擴(kuò)展市場(chǎng)，開(kāi)發(fā)未來(lái)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在。27 九月 202212:42:24 上午00:42:249月-22做專(zhuān)業(yè)的企業(yè)，做專(zhuān)業(yè)的事情，讓自己專(zhuān)業(yè)起來(lái)。九月 2212:42 上午9月-2200:42September 27, 2022時(shí)間是人類(lèi)發(fā)展的空間。2022/9/27 0:42:2400:42:2427 September 2022科學(xué)，你是國(guó)力的靈魂；同時(shí)又是社會(huì)發(fā)展的標(biāo)志。12:42:24 上午12:42 上午00:42:249月-22每天都是美好的一天，