采用权重法来统一度量，具体形式如下：
[0076]F=a*Fl+b*F2
[0077] 其中，供水目标是使用户的用水保证程度最高，模型采用将各时段供水量转化为 供水效益（N元/m3)，具体形式如下：
[0078]
[0079] 式中：F1为供水效益；< 为i时段供水流量(m3/s);Δt为计算时长；N为水价（元 /m3)。发电目标为考虑电价的发电效益最大，其具体形式如下：
[0080]
[0081] 式中：F2为发电效益；Π为发电效率，根据水头的变化而改变；<^为水库在i时 段大坝下泄流量（m3/s) ;M为电价；Η为i时段发电水头（m)，上下游水位由线性插值计算得 到。
[0082] b.决策变量
[0083] 为水库在各个调度时段向各个用水户提供的供水量(j= 2, 3;i= 1，2,…，24) 和大坝下泄流量乂(i= 1，2,…，24)。
[0084] c.约束条件
[0085] ①各类用水户最小供水量约束
[0086] 水库蓄水以满足中下游生态需水、生活用水，其他用水户用水，发电需求为先后优 先顺序来进行水量分配。针对大坝下泄，以下游河道生态需水为最小下泄约束；针对其他用 水户，以非负值作为最小供水约束。
[0087]
[0088] 式中：Ο,Τ1为下游河道生态需水量（m3/s)。
[0089] ②各类用水户最大需水量约束
[0090] 针对其他各用水户，以实际需水量为最大需水量约束；针对大坝下泄，采用机组最 大下泄流量作为大坝下泄流量最大约束。
[0091]
[0092] 式中：为i时段机组最大下泄流量（m3/s); <为i时段j用水户实际需水量 (m3/s)〇
[0093] ③水库水量平衡约束
[0094]
[0095] 式中A为第i时段末的库容（m3) %i为第i时段初的库容（m3)为第i时段 的平均入库流量（m3/s)。
[0096] ④水位和库容约束
[0097] 初始水位可取处于死水位与汛限低水位之间的任一水位值，由上年度的调度方案 和来水情况决定：
[0098] 150m^zu^160m 126. 9 X 10 V^198. 2X 10V
[0099] 式中：zu_为水库死水位（m);zui为初始水位（m) ;V_为水库死水位对应的库容 (m3)A为初始库容（m3)。
[0100] 汛期时期水位按防汛要求不超过汛限水位，非汛期时段库水位介于死水位和正 常蓄水位之间。
[0101]
[0102] 式中：zu__为非汛期水库库水位（m) 为水库夏汛、秋汛时库水位（m); zunax为水库正常蓄水位（m)。
[0103] ⑤发电约束
[0104] 电站发电约束需满足保证出力要求：
[0105] 24. 7X104kw
[0106] 式中：p保为水电站保证出力（万千瓦）；Pl为各时段电站出力（万千瓦）。
[0107] ⑥非负条件
[0108]
[0109] (5)将由步骤3所得的包含设计年份在内以月为尺度的3年入库径流过程序列、 电站和各用水户需水情况（见表3)或其他基本资料作为步骤（4)所建立的优化调度模型 的输入变量，采用动态规划求解模型，从而得到最优的大坝下泄流量和各用水户供水流量 及水位过程。本实施例中采用的动态规划解法，应用变时间步长措施，旨在降低模型计算维 数；所谓变时间步长即在非汛期以季为单位时间步长进行优化，而汛期采用变化的时间步 长来贴合水库原有的调度规则，由于水库非汛期期间入库径流较为平稳，且多年调节水库 自身调节能力较强，因此这种简化方法在精度上是满足要求的。此例中，经变时间步长措施 的简化，模型总阶段数为24(见图2)。
[011??~表3各用水户多年平均月需水量（单位:m3/s)
[0112] 经上述步骤优化计算，该多年调节水库在不同入库径流频率下的供水保证率和发 电量优化结果如下（见表4)，具体水位过程见图3a、图3b、图4a、图4b、图5a和图5b。优 化后水库多年来水为平水年情况下，其3年累计发电量可达40. 01亿kwh，用水户供水保证 率为92. 9%。
[0114] 表4优化结果。
【主权项】
1. 一种考虑径流不确定性的多年调节水库优化调度方法，其特征在于，包括W下步 骤： (1) 根据水库历史入库径流资料，对水库历史年径流量和水库调节库容进行分析对比， 得到多年调节水库的调度周期，采用设计代表年法计算得到水库设计典型年入库径流量、 年内分配比例及设计多年入库径流量； (2) 根据水库历史入库径流资料，建立径流随机模拟模型，生成水库模拟年径流序列； (3) W步骤1中所得的设计多年入库径流量为界限，对步骤2所得的水库模拟年径流序 列进行分类，并将分类结果按步骤1所得的年内分配比例进行年内分配，从而得到包含W 月为尺度的多年入库径流过程序列； (4) 建立多年调节水库考虑多用水需求的优化调度模型； (5) 将由步骤3所得的W月为尺度的多年入库径流过程序列、电站、各用水户需水情况 作为步骤4所建立优化调度模型的输入变量，采用优化算法降维并优化求解模型，从而得 到最优的下泄和供水决策。2. 根据权利要求1所述一种考虑径流不确定性的多年调节水库优化调度方法，其特征 在于，步骤（2)中所述的径流随机模拟模型采用自回归模型、滑动平均模型或自回归滑动 平均模型其中的一种。3. 根据权利要求1所述一种考虑径流不确定性的多年调节水库优化调度方法，其特征 在于，步骤（4)中所建立的优化调度模型由目标函数、决策变量和约束条件构成，具体如下 所示： a. 目标函数 将各目标均转化为效益并采用权重法来统一度量，具体形式如下： F=a冲 1+b冲 2 其中，供水目标是使用户的用水保证程度最高，模型采用将各时段供水量转化为供水 效益（N元/m3)，具体形式如下：式中：F1为供水效益；为i时段供水流量（mVs) ;At为计算时长；N为水价（元/m3);发电目标为考虑电价的发电效益最大，其具体形式如下：式中：F2为发电效益；η为发电效率，根据水头的变化而改变；gf了为水库在i时段大 巧下泄流量（mVs) ;M为电价；Η为i时段发电水头（m);上下游水位由线性插值计算得到； b. 决策变量 为水库在各个调度时段向各个用水户提供的供水量存f(j= 2, 3;i= 1，2,…，I)和大 巧下泄流量α= 1，2，···，Ι); c. 约束条件，包括六类，具体如下： ① 各类用水户最小供水量约束 针对大巧下泄，W下游河道生态需水为最小下泄约束；针对其他用水户，W非负值作为 最小供水约束：式中为下游河道生态需水量（m3/s); ② 各类用水户最大需水量约束 针对其他各用水户，W实际需水量为最大需水量约束；针对大巧下泄，采用机组最大下 泄流量作为大巧下泄流量的最大约束：式中：?Τ为i时段机组最大下泄流量（m3/s) ; 为i时段j用水户实际需水量（m3/ S); ③ 水库水量平衡约束式中：Vi为第i时段末的库容（m3);Vi1为第i时段初的库容（m3);留f为第i时段的平 均入库流量（m3/s); ④ 水位和库容约束 初始水位可取处于死水位与讯限水位之间的任一水位值，由上年度的调度方案和来水 情况决定： ZUmm《ZUZUXXVmin《V1《VXX 式中：zUmm为水库死水位（m) ;zUi为初始水位（m) ;ζι?χχ为水库讯限水位（m) 为水 库死水位对应的库容（m3) ;Vi为初始库容（m3) ;Vu为水库讯限水位对应的库容（m3); 讯期时期水位按防讯要求不超过讯限水位，非讯期时段库水位介于死水位和正常蓄水 位之间：式中：ZU非，巾为非讯期水库库水位（m) ;zu,巾为讯期水库库水位（m) ;zUm,x为水库正常蓄 水位（m); ⑥保证出力约束 电站发电约束需满足保证出力要求： Pi>P保 式中：为水电站保证出力（万千瓦）化为各时段电站出力（万千瓦）； ⑧非负条件：4. 根据权利要求1所述一种考虑径流不确定性的多年调节水库优化调度方法，其特征 在于，步骤巧）中所述的优化算法采用动态规划及其改进算法或启发式算法。5. 根据权利要求4所述一种考虑径流不确定性的多年调节水库优化调度方法，其特征 在于，所述动态规划及其改进算法包括离散微分动态规划、逐次渐进动态规划和逐次优化 方法。6. 根据权利要求4所述一种考虑径流不确定性的多年调节水库优化调度方法，其特征 在于，所述启发式算法包括遗传算法、人工神经网络算法、微粒群算法和蚁群算法。
【专利摘要】本发明公开了一种考虑径流不确定性的多年调节水库优化调度方法，包括以下步骤：(1)水库历史径流资料分析；(2)建立径流随机模拟模型，生成水库模拟年径流序列；(3)模拟年入库径流序列分类并进行年内分配，得到以月为尺度的3年入库径流过程序列(4)建立多年调节水库考虑多用水需求的优化调度模型；(5)采用优化算法降维并优化求解模型，从而得到最优的下泄和供水决策。本发明可以实现在考虑径流不确定性下对多年调节水库长期多目标运行综合效益最大化的调度，适于在我国多年调节水库长期优化调度中推广。
【IPC分类】G06Q10/06, G06Q50/06, G06Q10/04
【公开号】CN105243438
【申请号】CN201510612549
【发明人】练继建, 孙萧仲, 马超
【申请人】天津大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月23日