[发明专利]一种山丘区“长藤结瓜”型多水库系统水资源优化调度方法

权利要求书

1.一种山丘区“长藤结瓜”型多水库系统水资源优化调度方法，其特征在于，包括优化调度系统，优化调度系统由1座大中型骨干水库和n座小型水库及其输水渠道组成；其中，n座小型水库与大中型骨干水库经输水渠道贯通连接，各水库独立地向各自的灌区供水，小型水库水量不足时，可通过输水渠道从骨干水库引水补库；

优化调度系统优化调度方法包括以下步骤：

(1)获取以下资料，具体包括：

①灌区水库调度通常划分的时段数T；

②代表年内所有水库各时段的来水量LS_i,t(i＝1,2,…,n+1，t＝1,2,…,T)；

③代表年内所有灌区各时段的需水量YS_i,t(i＝1,2,…,n+1，t＝1,2,…,T)；

④所有水库的特性资料：水库初始库容V_i,0，库容上限和下限(i＝1,2,…,n+1，t＝1,2,…,T)；

(2)系统分解，将多水库系统水资源优化调度模型分解为n+1个单水库子系统水资源优化调度模型：

目标函数：

式中：f_i为水库i年内各时段缺水量平方和；X_i,t为水库i第t时段的供水量；YS_i,t为灌区i第t时段的需水量；

约束条件：

式中：W_i为水库i的年可供水量；

式中：V_i,t分别为水库i在t时段末的蓄水量；为水库i在时段t的蓄水量下限；为水库i在时段t的蓄水量上限；

V_1,t＝V_1,t-1+LS_1,t-X_1,t-Z_1,t-PS_1,t-EF_1,t                 (4)

式中：V_1,t为骨干水库在t时段末的蓄水量；LS_1,t为骨干水库在时段t的入库径流量；Z_1,t为骨干水库在时段t的外调水量；PS_1,t,为骨干水库在时段t的弃水量；EF_1,t为骨干水库在时段t的水量损失；

V_i,t＝V_i,t-1+LS_i,t-X_i,t+Y_i,t-PS_i,t-EF_i,t

(i＝2,3,···,n+1)          (5)

式中：LS_i,t为小型水库i在时段t的入库径流量；Y_i,t为小型水库i在时段t内的补水量；PS_i,t,为小型水库i在时段t的弃水量；EF_i,t为小型水库i在时段t的水量损失；

(3)子系统优化；

令水库i的年可供水量W_i在之间，按满足系统调度精度要求的步长d离散，采用动态规划对水库i子系统进行优化，获得水库i在不同W_i下的年内各时段缺水量平方和f_i及其对应的供水量过程X_i,t、弃水量过程PS_i,t、补水量过程Y_i,t或调水量过程Z_1,t；

(4)系统聚合；

根据子系统优化所获得的一系列f_i～W_i的关系，构建大系统聚合模型：

目标函数：

约束条件：

式中：F为整个多水库系统年内各时段缺水量平方和；

以W_i为决策变量，采用动态规划求解上述聚合模型，即可获得系统中各水库最佳的年可供水量[W₁^*,W₂^*,…,W_n+1^*]；最后根据各水库最佳的年可供水量W_i^*反查子系统优化结果，确定各水库最佳的调度方案，包括最佳的供水量过程X_i,t^*、弃水量过程PS_i,t^*、补水量过程Y_i,t^*和调水量过程Z_1,t^*。

2.根据权利要求1所述的一种山丘区“长藤结瓜”型多水库系统水资源优化调度方法，其特征在于，所述步骤(4)将多水库系统分解后所得到的单水库子系统采用动态规划进行聚合，具体步骤如下：

(1)对于编号i＝n+1的水库

φ_n+1(δ_n+1)＝min f_n+1(W_n+1)                   (8)

式中，φ_n+1表示编号为n+1的水库的最小年缺水量；δ_n+1为状态变量，表示编号为n+1的水库的年可供水量，在可行域内以步长d离散；对每个离散的δ_n+1，决策变量W_n+1在对应可行域[0,δ_n+1]内按步长d离散，分别确定对应于每个δ_n+1值，最优W_n+1及其对应的子系统目标函数值f_n+1(W_n+1)；

(2)对于编号为i＝n,n-1,…,2的水库

φ_i(δ_i)＝min[f_i(W_i)+φ_i+1(δ_i+1)]                   (9)

式中，φ_i表示编号i～n+1个水库的最小年缺水量平方和；状态变量δ_i为编号i～n+1个水库的年可供水总量，同样将其在可行域内按步长d分别进行离散；对每一个离散的δ_i，决策变量W_i在对应可行域内[0,δ_i]按步长d离散；

状态转移方程：

δ_i+1＝δ_i-W_i                        (10)

式中：i＝n，n-1，…，2；

对每一个离散的δ_i，将各离散的W_i值分别代入式(9)中的f_i(W_i)，由状态转移方程式(10)，对每一个离散的W_i，查找最小的φ_i+1(δ_i+1)值，由此可获得f_i(W_i)+φ_i+1(δ_i+1)，完成以上所有离散的W_i寻优后，最终可获得满足min[f_i(W_i)+φ_i+1(δ_i+1)]要求的编号i～n+1个水库最小缺水量平方和φ_i(δ_i)值及其对应的各水库最优年可供水量W_i；

(3)对于骨干水库，即i＝1

φ₁(δ₁)＝min[f₁(W₁)+φ₂(δ₂)]             (11)

式中，φ₁表示编号1～n+1个水库的最小年缺水量平方和；状态变量δ₁为编号1～n+1个水库的年可供水总量，同样将其在可行域内以步长d分别进行离散；对每一个离散的δ₁，决策变量W₁在对应可行域内[0,δ₁]按步长d离散；

状态转移方程：

δ₂＝δ₁-W₁                         (12)

对每一个离散的δ₁，将各离散的W₁值分别代入式(11)中的f₁(W₁)，由状态转移方程式(12)，对每一个离散的W₁，查找最小φ₂(δ₂)值，由此可获得f₁(W₁)+φ₂(δ₂)，完成以上所有离散的W₁寻优后，最终可获得满足min[f₁(W₁)+φ₂(δ₂)]要求的编号1～n+1个水库的最小缺水量平方和φ₁(δ₁)值，并获得满足该δ₁要求的水库最佳年可供水量W_i，i＝1,2,…,n+1，以及整个多水库系统的目标函数最优值F＝minφ₁(δ₁)。