引江济淮工程（河南段）多目标水量优化调度

引江济淮工程（河南段）涉及河道、闸泵、管道和调蓄水库,约束条件复杂,常规的优化调度算法难以搜索可行解,求解效率低。选用受水区缺水率平均值最小、泵站总抽水量最小和受水区缺水率标准差最小作为目标函数,从供水保障、供水成本和公平性角度构建多目标水量优化调度模型。基于可行搜索思路,结合逆序演算和顺序演算过程对约束条件进行处理,引入决策系数,通过映射关系使搜索空间保持在可行域中,结合多目标非支配排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithms,NSGA-II）进行求解,得到Pareto最优解集,并采用熵权法进行方案优选。结果表明,基于可行搜索的NSGA-II算法能够有效求解复杂调度系统的多目标优化问题,综合考虑多个目标的最优方案相对单目标方案更加合理,结果可为引江济淮工程（河南段）运行管理提供决策支撑。     

基于状态转移矩阵的梯级水库优化调度确定性离散动态规划方法

基于状态转移矩阵的确定性离散动态规划(DDDP)方法是在考虑水库运行的综合利用的前提下,利用状态转移矩阵寻找出梯级水库优化调度过程中所有的可行策略,基于目标函数逆向搜索可行策略,得出最优解的优化算法.该方法可进行单库优化计算,也可以进行梯级水电站优化计算.文中以锦屏梯级为例,说明该方法可在满足梯级水库上下游生态用水、发电用水等综合利用的前提下,以梯级水电站发电效益最大为目标,求得梯级水库优化调度的较好解.     

基于泛函分析思想的动态规划算法及其在水库调度中的应用研究

泛函分析具有高度抽象性和概括性,因此可用来对某些复杂的问题进行建模,进而采用更加简便的数学方法进行求解。本文针对动态规划算法在水库优化调度中计算规模大和时间长的问题,引入泛函分析思想,构建了时段平均出力的泛函计算模型,并基于此提出了一种改进的动态规划算法,该算法省去了传统动态规划算法中大量重复的计算过程,减小了计算规模,从而提高求解效率。分别以我国某流域中M水电站和M、N组成的梯级水电站为例进行实例研究,从多年平均发电量和计算用时等方面将改进动态规划算法与传统动态规划算法以及逐步优化算法进行了详细的对比分析。结果表明,该算法能在保证全局收敛的基础上减少动态规划计算量,缩短计算时间。     

FS-DDDP方法及其在水库群优化调度中的应用

可行搜索-离散微分动态规划(FS-DDDP)方法是在考虑水库运行的综合利用要求的前提下,利用正向搜索和逆向搜索相结合的方式寻找水库优化调度过程的大量可行轨迹,以目标函数较大的几个可行轨迹作为DDDP方法的初始轨迹分别进行再寻优计算的优化算法.该方法可进行单库优化计算,也可进行库群优化计算.黄河上游梯级水库数量较多,综合利用要求复杂.文中以该梯级为例,说明FS-DDDP方法可在满足该梯级水库群的河流生态用水、防凌用水、灌溉用水、发电用水等综合利用要求的前提下,以水库群发电效益最大为目标,求得水库群优化调度的较好解.     

基于Fork/Join多核并行框架的梯级水库群优化调度

为了满足大规模梯级水库群优化调度精细化管理需求,解决决策计算耗时长及求解效率低等困难,提出了基于Fork/Join多核并行框架的梯级水库群优化调度并行求解方法,并以离散微分动态规划方法并行化为例,给出了梯级水库群优化调度方法在Fork/Join框架下的并行化实现方式。红水河大规模梯级水库群长期发电优化调度测试结果表明,并行计算能够充分发挥多核处理器的加速性能,有效缩短计算耗时,提高求解效率;选择合理的Fork/Join框架规模控制阈值是充分发挥并行优势的关键因素。     

水库调度决策单调性与动态规划算法改进

在灌溉、供水等调度中,水库经济效益随供水量增加常呈现"边际效用递减"的特征。本文在"边际效用递减"(即水库调度目标函数为凹函数)的假设下分析得到两阶段水库调度中本时段泄水量、下一时段余留水量与本时段初水库蓄水量间的单调增加关系,将这一单调关系由两阶段推广到多阶段水库调度并进一步提出动态规划算法改进:搜索域缩减算法和邻域搜索算法。在供水调度研究案例中,搜索域缩减算法和邻域搜索算法能将动态规划计算时间分别缩减50.4%和92.1%。进一步分析发电调度中水库水头、下泄水量对总发电量的耦合影响,讨论搜索域缩减算法和邻域搜索算法对发电调度的适用性,并将这两种算法在陡岭子水库发电调度中进行应用;计算结果表明搜索域缩减算法、邻域搜索算法能为发电调度提供有效的参考方案。     

复杂水库群供水和调水系统优化调度方法研究

以D市复杂水库群供、调水系统为背景,针对常规建模方法存在的状态可行域过大、决策变量与状态变量逻辑关系复杂等缺点,提出了直接以调度决策核心变量为基础分别构建"无源水库",建立基于"无源水库"的水库群供、调水系统优化调度动态规划模型。针对动态规划几种降维方法普遍存在的对初始状态依赖性强的问题,提出了全域变廊道降维搜索算法,保证在任意初始状态下,优化调度计算结果均能稳定逼近全局最优解。将水库群供、调水系统优化调度建模求解新方法与经典动态规划方法的计算结果进行对比,调度结果和计算效率都明显优于后者,证明了该方法的适用性和可靠性。研究成果对于系统实时调度具有重要意义。     

基于可行空间搜索遗传算法的水库调度图优化

本文从调度图概化、调度图模拟模型、目标函数以及优化算法等方面全面介绍了基于可行空间搜索遗传算法的调度图优化模型的原理及建模方法。针对调度图优化问题可行空间搜索困难的特点,在传统遗传算法概念基础上提出了可行空间搜索的概念。根据决策变量间的几何关系,设计了调度图优化问题的编码结构以及信息交互机制,以NSGA-Ⅱ算法为基础实现了优化模型的构建。将研究成果应用于寺坪水库调度图优化,与设计调度图模拟结果相比,发电效益及保证率均得到了明显提高。     

基于改进粒子群算法的水库优化调度研究

在分析以往水库优化调度模型优缺点的基础上,提出了基于动态调节惯性权重的粒子群优化方法的水库优化调度模型,对基本粒子群算法进行了改进。改进的算法通过时变权重的设置来实现,从而克服了PSO搜索精度不高,易陷入局部最优的缺点,并通过引入罚函数解决强约束问题。以某综合利用水库优化调度为实例进行研究,并与动态规划模型计算结果进行对比分析,实例计算表明:改进PSO算法原理简单,易于编程实现,而且占用计算机内存小,收敛速度快,搜索效率高,能以较快的速度收敛到全局最优解,是一种有效的搜索算法。     

多阶段输电网络最优规划的并行蚁群算法

多阶段输电网络最优规划是一个复杂的非线性组合优化问题，难以采用传统的数学优化方法求解。蚁群算法是近年来出现的用于解决组合优化问题的一种高效的内启发式搜索技术，但存在着未成熟收敛问题。文中给出了多阶段输电网络最优规划的数学模型及其解的向量形式；详细分析了传统蚁群算法的未成熟收敛现象及其原因；提出一种并行蚁群算法并用于求解多阶段输电网络最优规划问题。并行蚁群算法无需初始可行解，能很好地协调局部搜索与全局搜索，在加快计算速度的同时有效地避免了因参数设置、种群规模等不同而引起的未成熟收敛。对实际算例的计算结果表明，该方法具有很高的计算效率和良好的全局收敛性。     

湖北汉江梯级水库群联合优化调度研究

湖北汉江流域已形成大规模梯级水库群,为了充分发挥梯级水库群联合补偿调节的优势,实现水电站最优经济运行,本文对湖北汉江流域水电站群运行特性进行分析研究。考虑各电站之间的水力和电力联系,在常规调度图模拟及传统优化调度的基础上,采用基于GAMS平台的非线性规划法以及基于可行空间搜索遗传算法,制定复杂混联水库群的发电优化调度规则。优化效果显著,充分体现水库群优化调度作用,为湖北汉江梯级水电站水库群的实际调度提供最佳的指导和方案。     

Shuffled complex evolution coupled with stochastic ranking for reservoir scheduling problems

This paper introduces an optimization method(SCE-SR) that combines shuffled complex evolution(SCE) and stochastic ranking(SR) to solve constrained reservoir scheduling problems,ranking individuals with both objectives and constrains considered.A specialized strategy is used in the evolution process to ensure that the optimal results are feasible individuals.This method is suitable for handling multiple conflicting constraints,and is easy to implement,requiring little parameter tuning.The search properties of the method are ensured through the combination of deterministic and probabilistic approaches.The proposed SCE-SR was tested against hydropower scheduling problems of a single reservoir and a multi-reservoir system,and its performance is compared with that of two classical methods(the dynamic programming and genetic algorithm).The results show that the SCE-SR method is an effective and efficient method for optimizing hydropower generation and locating feasible regions quickly,with sufficient global convergence properties and robustness.The operation schedules obtained satisfy the basic scheduling requirements of reservoirs.     

基于改进的布谷鸟算法的南湾水库增效扩容改造研究

南湾水库电站长时间运行以来,设备老化问题相当突出,发电效率低下,水能利用率同样很低。为了提高水能资源的利用率,对南湾电站进行增效扩容改造是势在必行的。为此,应用布谷鸟搜索算法对南湾水库进行增效扩容改造的水能复核计算,并与传统的动态规划算法进行比较,计算表明,布谷鸟搜索算法结果可靠合理且计算效率高,可为水库调度提供新思路及新方法;同时,根据计算结果,进行综合评价,建议南湾水库电站的装机容量由原来的5440 kW增加到7840 kW。     

Optimization on the VFDs’ Operation for Pump Units

The third Huaiyin pumping station in the South-to-North Water Diversion Project aims to solve the problem of lack of water. In order to save on electricity while satisfying the required flow demand, the operation optimization problem of the third Huaiyin pumping station is investigated, with a mathematical model set up to simulate the optimal daily operation, in which the pump units can have variable speed. After analyzing the characteristics of the mathematical model, an improved dynamic programming algorithm is presented to decrease the dimensions of the operation optimization problem and save electricity cost, which enables us to perform a practical engineering application. After discretization of the optimization problem has been achieved, the number of operational schedule sequences could be reduced and optimal scheduling could be achieved to save electricity costs by power constraint, classified enumeration constraint, feasible combination constraint and flow demand constraint. Through research and analysis of the working of the third Huaiyin pumping station, optimal operational scheduling of multiple pump units with variable speed operation using variable frequency drive (VFD) can lessen the electricity tariff significantly compared with dynamic programming with the successive approximation method and decomposition/aggregation-dynamic programming method. The operational electricity tariff is reduced by 7.71% by the improved dynamic programming algorithm in comparison with the benchmark scheduling. Simulation results demonstrate that the cost efficiency comes from variable speed operation with VFD and flow demand transfer from the time periods when a high electricity tariff applies to time periods of a low electricity tariff based on the time-of-use electricity tariff.

     

基于遗传程序设计的水库年末水位预测模型

为了克服传统预测方法的不足，采用遗传程序设计，建立了多年调节水库年末消落水位预测模型。该模型利用演化计算自动寻找最优的模型结构，比传统方法具有较大的灵活性和智能性。通过对洪家渡多年调节水库的实例计算，不仅得出影响因子与年末消落水位的最佳函数式，而且用于拟合和预报的精度均满足要求，可以为水库调度提供一定的依据。     

三峡梯级电站短期优化调度的模糊多目标动态规划

针对三峡梯级电站的短期优化调度是一个具有复杂约束条件的大型、动态、有时滞、模糊非线性的优化问题，本文建立了模糊优化调度模型，并对其进行了求解。由于常规模糊动态规划的方法在库容变化大的时候会出现维数灾，因此本文利用模糊多目标动态规划法，并结合逐次逼近方法，来求解梯级短期优化调度问题。实例仿真结果表明，它不仅可以根据不同的参数选择生成非劣解集，还可以推荐满意解，为决策支持提供依据。     

基于引水限制调度线的并联水库系统供水优化算法及应用

以实现梯级水库群或者水源连通工程水量补偿式调节为目标,针对并联水库的联合供水特征,采用引水限制调度线控制引水水库可引水量,引入粒子群算法构建了并联水库优化调度模型。通过优化引水调度线提出可以改进并联水库系统的调度规则和调度方法,将优化和常规调度有机结合,并根据并联水库系统实际运行条件设置模型的目标函数、约束条件和参数设置方法。以X市S水库和L水库组成的并联水库系统为实例,采用该模型进行优化模拟。结果表明:并联水库系统经优化年均弃水量比两库单独供水的弃水量减少5 496万m~3,末库容比两库单独供水时提高203万m~3。在95%供水保证率时,并联水库系统供水系统的年供水能力比双库单独供水能力之和提高了5 556万m~3。优化形成的引水限制调度线分布形态合理,并联供水系统经过优化大幅度提高了水库系统的供水能力,证明了基于引水限制调度线的并联水库系统供水优化算法的可行性,该方法对并联水库联合调度具有重要参考价值。