[发明专利]一种基于嵌套降维算法的梯级水库水沙联合优化调度方法

说明书

本发明属于水库兴利调度与泥沙淤积计算领域，尤其涉及一种基于嵌套降维算法的梯级水库水沙联合优化调度方法。本发明针对梯级水库水沙联合优化调度多阶段、多目标且泥沙计算年限长等特点，以降低计算维数、减少寻优计算工作量和缩短计算时间为目的，提出一种基于嵌套降维算法的梯级水库水沙联合优化调度方法，通过建立梯级水库水沙多目标优化调度模型可较好地模拟梯级水库发电与泥沙淤积之间的非劣关系，通过嵌套结构的逐次逼近多目标动态规划迭代算法避免了在寻优过程中多次调用一维泥沙计算模型，从而减少计算工作量、节省计算时间，为梯级水库水沙联合优化调度提供有效的分析和计算方法。

技术领域

本发明属于水库兴利调度与泥沙淤积计算领域，尤其涉及一种基于嵌套降维算法的梯级水库水沙联合优化调度方法。

背景技术

梯级水库水沙联合优化调度具有非线性、高维、多目标和多约束等特点，且泥沙冲淤计算与水库调度计算性质完全不同、决策时段差异甚大，计算年限较长，因此在梯级水库水沙联合优化调度寻优过程中对泥沙冲淤进行计算求解非常复杂。目前水库水沙联合优化调度研究主要集中在单库上，而对梯级水库水沙联合优化调度的研究较少。例如朱厚生、邱林(1992)开展了黄河上游梯级水库群水沙调节优化调度，通过减淤权重因子将发电和减淤两个目标转化为单目标，但模型中减淤权重因子设置得较为模糊，且泥沙冲淤量计算方法较为简单，是采用事先拟合好的(半)经验关系计算。白晓华等(2002)将水库泥沙计算模型与水库群径流调节计算模型相结合，对汾河流域梯级水库群进行了水沙联合调节计算，但其仅是在径流调节计算之后考虑泥沙淤积对库容曲线进行修正，仅仅探讨了水资源优化方案对应的泥沙淤积情况。白夏、戚晓明等(2016)以河段输沙水量最大为优化目标，将防洪、发电及用水等作为约束条件，建立了基于自迭代模拟优化算法的梯级水库多目标水沙联合模拟优化调度模型，系统分析上游来水、沿黄用水、调水调沙时段及起调水位等对龙羊峡－青铜峡梯级水库输沙、发电及供水等综合利用效益的影响，但其仅是对输沙水量进行了优化，没有考虑该目标与其他目标之间的协调均衡关系。这些成果主要从不同角度对梯级水库水沙联合调度进行研究，由于问题的复杂性，有些技术人员在计算过程中对泥沙计算进行了一定简化，采用事先拟合好的(半)经验关系计算河段冲淤量或断面输沙量；有些仅仅探讨了水资源优化方案对应的泥沙淤积情况，而没有考虑水沙之间的非劣关系，或仅是对输沙水量进行了优化，而没有考虑该目标与其他目标之间的协调均衡关系，因而当今缺少一种成熟、有效的梯级水库水沙优化调度求解方法。

发明内容

本发明针对梯级水库水沙联合优化调度多阶段、多目标且泥沙计算年限长等特点，以降低计算维数、减少寻优计算工作量和缩短计算时间为目的，提出一种基于嵌套降维算法的梯级水库水沙联合优化调度方法,所述方法包括以下步骤：

步骤1：以梯级水库一维泥沙冲淤计算为基础，选取梯级水库发电量最大、泥沙淤积量最小为目标，以水量平衡、泄流能力、蓄水能力、下游防洪安全以及水电站出力为约束，建立梯级水库水沙多目标优化调度模型；

步骤2：分别以发电量最大和发电量最小为目标对梯级水库进行单目标优化计算，采用逐次逼近动态规划算法对其进行降维求解，得到梯级水库联合运行的发电量上限和下限；

步骤3：在由求得的发电量上下限构成的发电区间内生成N个不同的发电运行方案，来作为水沙优化调度计算的初始方案，采用嵌套结构的逐次逼近多目标动态规划迭代算法对各初始方案逐步寻优计算，在求解过程中，将泥沙淤积量目标作为基本目标，发电目标作为约束目标，将长系列泥沙淤积的寻优问题分解为多个短系列逐次寻优，再采用多目标动态规划迭代算法对各级水库进行逐次寻优，在调度期内保持各方案发电量不变的情况下寻求泥沙淤积量最小。

所述嵌套结构的逐次逼近多目标动态规划迭代算法的具体步骤为：