一种多目标随机优化跨年阶梯水电站优化调度方法及系统

本发明涉及水电站优化调度，具体为一种多目标随机优化跨年阶梯水电站优化调度方法及系统。

背景技术：

1、阶梯水电站中各水电存在时间与空间的耦合效应，属于复杂的规划问题，研究不同时空来水影响下阶梯水电站的多目标优化调度具有重要意义。

2、以往的研究通常仅关注阶梯水电站的经济调度问题，少有研究关注其耦合机理模型与来水侧的不确定性影响，当前水电站研究领域的一个显著不足在于，虽然大量研究集中于阶梯水电站的经济调度问题，但普遍忽视了耦合机理模型和来水侧不确定性的影响，这种研究方法的局限性主要体现在对复杂的水电站间耦合关系和能量转换过程的建模和分析不足，以及对流入水电站的水量和速度变化的不确定性缺乏有效预测和管理，此外，过分强调经济效益而忽略环境影响、水资源可持续性和社会责任，限制了水电站运营的全面性，现有技术在应对极端天气事件和气候变化背景下的长期或短期水文变化预测方面存在局限，在讨论耦合机理模型和来水侧不确定性的影响时，我们需要认识到这两个因素对水电站调度策略和整体效率的深远影响，耦合机理模型涉及水电站之间的相互作用和依赖关系，如何一个站点的操作会影响其他站点的性能和水资源的分配，这种相互依赖性要求我们更精确地理解和建模这些关系，以优化整个系统的性能，同时，来水侧的不确定性，包括季节性变化、极端天气事件和长期气候变化的影响，对水电站的运行策略构成了显著挑战，这种不确定性要求更先进的预测模型和灵活的管理策略，以确保在不稳定的环境条件下保持电站的高效运行，因此，综合和精准地理解这些复杂因素，对于实现水电站调度的优化至关重要。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：现有的水电站优化调度方法存在可靠性低，精度低，效率低，以及如何兼顾阶梯水电站的经济调度问题和其耦合机理模型与来水侧的不确定性影响，解决多目标下阶梯水电站优化调度的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种多目标随机优化跨年阶梯水电站优化调度方法，包括建立阶梯水电站系统框架，分析阶梯水电站系统运行耦合效应；基于水电站需求，设定两类优化目标，建立两者隶属度函数；通过耦合效应和两者隶属度函数，构建阶梯水电站系统耦合优化调度模型并计算模型耦合约束；对阶梯水电站系统来水侧不确定性影响进行分析，进行水电站优化调度。

4、作为本发明所述的多目标随机优化跨年阶梯水电站优化调度方法的一种优选方案，其中：所述建立阶梯水电站系统框架包括基于入水主要源头水电站、主要出水侧水电站、干线水电站组以及支线水电站组，建立阶梯水电站系统框架。

5、作为本发明所述的多目标随机优化跨年阶梯水电站优化调度方法的一种优选方案，其中：所述耦合效应包括阶梯水电站系统中水电站间的耦合关系，耦合关系包括时间耦合和空间耦合；时间耦合为不同时段下不同水电站内部含有水库，水库存在储水效应，水电站的水流含有延时性；空间耦合为不同水电站在同一时段通过进水、出水、来水进行耦合，水电站彼此级联进行联合优化运行，在阶梯水电站内部，每个水电站内的水库进行暂时蓄水或放水，处理不同水电站间送水的延时作用；调配水电站的出水量、蓄水量时，调配标准基于水库容量、发电能力、当地需求、环境影响进行调整，在单个流域内，水电站相互协调，上游水电站的水量调节控制下游电站的发电能力。

6、作为本发明所述的多目标随机优化跨年阶梯水电站优化调度方法的一种优选方案，其中：所述设定的两类优化目标包括基于水电站需求，通过供给充分性和调峰能力两个指标，分析总剩余负荷量和剩余负荷峰谷差，设定两类优化目标，供给充分性为目标一，调峰能力为目标二。

7、目标一供给充分性目标函数表示为：

8、

9、其中，min f1表示系统剩余负荷的总量最小化，t为优化调度时间总尺度，t取值为一天，i为水电站总的数量，pl,t为一天内在t时段的负荷需求量，pi,t为水电站i在t时段的净发水量。

10、目标二调峰能力目标函数表示为：

11、

12、其中，min f2表示系统剩余负荷峰谷差最小化。

13、作为本发明所述的多目标随机优化跨年阶梯水电站优化调度方法的一种优选方案，其中：所述建立两者隶属度函数包括目标一的数量级高于目标二，对目标一与目标二的优化关系进行均衡处理，采用隶属度函数将两个目标的数量级归一化至同一范围内，设定两个目标函数的隶属度边界，表示为：

14、

15、

16、其中，和为目标一隶属度化后的最大值边界和最小值边界，和为目标二隶属度化后的最大值边界和最小值边界，maxf1为目标一的最差情况包括水资源供给充分性最差，maxf2为目标二的最差情况包括发挥阶梯水电站调峰能力最差，和为目标一最大值的调整系数和最小值的调整系数，分别均取0.9和1.2，目标二的调整系数与目标一处理过程相同。

17、基于隶属度边界，构建两个目标函数的隶属度函数，表示为：

18、

19、

20、其中，u(f1)为目标一的隶属度函数，u(f2)为目标二的隶属度函数。

21、作为本发明所述的多目标随机优化跨年阶梯水电站优化调度方法的一种优选方案，其中：所述构建阶梯水电站系统耦合优化调度模型并计算模型耦合约束包括通过耦合效应和两者隶属度函数，构建阶梯水电站系统耦合优化调度模型，表示为：

22、min f＝λ1u(f1)+λ2u(f2)

23、其中，λ1和λ2为目标一与目标二的权重因子，权重与目标函数重要性呈正相关；模型耦合约束包括水电机组出力限制、水库容量耦合关系、水库容量限制、水流延时、机组发电流量限制；水电机组群在任意时刻的总出力不超过系统的负荷，表示为：

24、

25、对于每个水电站内部，水电机组的出力存在上限与下限，表示为：

26、

27、其中，与分别表示水电机组i出力的上限和下限；每个水电机组在发电过程中有输出功率的限制，发电过程中涉及水资源，水资源在流动过程中受流量限制，机组发电流量限制的约束表示为：

28、

29、其中，与分别表示水电机组i发电流量的上限和下限；每个水电站总体出力的约束表示为：

30、

31、其中，与分别表示水电站y出力的上限和下限；每个水电站中水库的约束包括水库各时段耦合约束、水库容量上下限约束、水库首尾容量约束，表示为：

32、vy,t＝vy,t-1+(ry,t-qy,t)δt

33、

34、vy,0＝vy,in

35、vy,t＝vy,out

36、其中，vy,t表示水电站y水库的容量，与分别表示水电站y水库的容量的上限和下限，vy,0与vy,t分别表示初始时刻水电站y水库的容量与末尾时刻水电站y水库的容量，vy,in与vy,out分别表示初始时刻水电站y水库的容量设定值与末尾时刻水电站y水库的容量设定值；对下泄流量进行约束，表示为：

37、

38、

39、其中，qy,t表示水电站y的下泄流量，与分别表示水电站y下泄流量上限和下限，sy,t表示水电站y的弃水流量。

40、作为本发明所述的多目标随机优化跨年阶梯水电站优化调度方法的一种优选方案，其中：所述进行水电站优化调度包括对阶梯水电站系统来水侧不确定性影响，以正态分布为概率分布进行算例分析，进行水电站优化调度。

41、算例包括四种运行场景，场景一包括进行目标一优化，目标函数仅设定为剩余负荷总量最小。

42、场景二包括进行目标二优化，目标函数仅设定为剩余负荷峰谷差最小。

43、场景三包括进行目标一与目标二综合下的多目标优化，设置两个目标的综合优化模式。

44、场景四包括在场景三多目标优化框架上加入来水侧的不确定性优化，进行随机优化。

45、本发明的另外一个目的是提供一种多目标随机优化跨年阶梯水电站优化调度系统，其能通过耦合效应和两者隶属度函数，构建阶梯水电站系统耦合优化调度模型并计算模型耦合约束，解决了目前的水电站优化调度含有精准度低的问题。

46、作为本发明所述的多目标随机优化跨年阶梯水电站优化调度系统的一种优选方案，其中：包括耦合分析模块，优化目标设定模块，函数分析模块，优化调度模块；所述耦合分析模块用于建立阶梯水电站系统框架，分析阶梯水电站系统运行耦合效应；所述优化目标设定模块用于基于水电站需求，设定两类优化目标，建立两者隶属度函数；所述函数分析模块用于通过耦合效应和两者隶属度函数，构建阶梯水电站系统耦合优化调度模型并计算模型耦合约束；所述优化调度模块用于对阶梯水电站系统来水侧不确定性影响进行分析，进行水电站优化调度。

47、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序是实现多目标随机优化跨年阶梯水电站优化调度方法的步骤。

48、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现多目标随机优化跨年阶梯水电站优化调度方法的步骤。

49、本发明的有益效果：本发明提供的多目标随机优化跨年阶梯水电站优化调度方法通过构建一个包含入水源头、主要出水侧、干线和支线水电站组的系统框架，实现了对水电站间复杂耦合关系的全面理解，提高水资源的利用率，更好地理解和预测水电站间的相互影响；通过设定供给充分性和调峰能力两个优化目标，并建立相应的隶属度函数，权衡了多目标之间的优化，不仅能够满足全系统的供给稳定性，也能实现负荷侧的削峰填谷，提高了电力供应的稳定性和效率；通过构建阶梯水电站系统耦合优化调度模型并计算模型耦合约束，有助于实现水电站间的协调运行，优化整个系统的水电资源配置；通过对阶梯水电站系统来水侧不确定性影响进行分析，进行水电站优化调度，考虑来水侧的不确定性，增加了对水电站系统的预测和调度的复杂性，引入随机优化方法，使得水电站能够更好地应对不确定性，提高了系统的鲁棒性和适应性，本发明在效率、准确性以及可靠性方面都取得更加良好的效果。