[发明专利]一种梯级水库群全生态要素精细调度控制方法与系统

说明书

本发明提出一种梯级水库群全生态要素精细调度控制方法与系统，本发明在水库水位值约束下随机初始化种群，得到包含多个个体的初始种群；计算当前种群中个体适应度值，并更新种群全局最优位置和个体历史最优位置；引入个体历史最优位置和精英个体集合中的随机个体位置增加种群多样性，有效避免个体“早熟收敛”；引入精细化搜索策略，有效提升了种群收敛精度；通过迭代计算对种群中所有个体位置进行更新直至达到种群最大迭代次数；输出当前种群全局最优位置作为梯级水电站最终调度过程。本发明与经典智能优化方法相比鲁棒性高，能够有效减少整个梯级水库生态缺水，从而达到保护流域生态的目的；同时，本发明原理简单，求解精度高。

技术领域

本发明属于梯级水库群生态调度领域，更具体地，涉及一种梯级水库群全生态要素精细调度控制方法与系统。

背景技术

许多已运行的大型梯级水电站群运行结果表明：水电站群的建成与运营在带来巨大社会效益和经济效益的同时，也在改变天然径流水文情势，对流域生态系统健康带来了严重威胁。

水库修建的主要目的就是对水流进行调节起到拦洪蓄水的作用，但是同时会带来水库泥沙淤积、水温升高、水质变差以及下游河床严重冲刷等不良影响。为改善水库建设和运行对周围生态环境所带来的负面影响，水库管理者开始在水库带来经济效益的同时考虑对环境的影响，但现有文献资料很难给出统一的生态流量过程。为此，国内相关专家对水库的生态调度展开深入研究，主要从改善水库传统运行方式或者逐渐恢复流域周边生态系统的架构和功能来达到环境保护的目的。但传统优化方法(例如线性规划、动态规划等)在求解梯级水库生态调度时存在的“维数灾”等缺陷。

发明内容

针对现有技术的缺陷或需求，本发明旨在提供一种梯级水库群全生态要素精细调度控制方法与系统，由此解决传统优化方法(例如线性规划、动态规划等)在求解梯级水库生态调度时存在的“维数灾”等缺陷。

为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种梯级水库群全生态要素精细调度控制方法，包括以下步骤：

(1)将水库群中所有水电站不同时刻的水位值作为个体，设置最大迭代次数为当迭代次数k＝1时，在水库水位值约束下随机初始化种群，得到包含多个个体的初始种群，将初始种群作为当前种群；

(2)计算当前种群中每个个体的适应度，将当前种群中每个个体的位置作为历史最优位置，并更新所有个体的历史最优位置和当前种群中全局最优位置；

(3)基于步骤(2)更新种群所有个体位置后得到的临时种群，选取适应度更好的前G个个体建立精英个体集合；对所有临时种群个体，引入个体历史最优位置和精英个体集合中的随机个体位置增加种群多样性得到多样性种群；再通过精细化搜索策略更新多样性种群个体位置，形成下一代种群；

(4)令k＝k+1，若则将下一代种群作为当前种群，重复执行步骤(2)和步骤(3)；否则停止计算，并将当前种群的全局最优个体作为最佳调度过程输出。

进一步地，第k代第i个个体位置表示为：

其中，N表示电站数目，T表示时段数目，且满足1≤i≤m，m表示种群规模；为[0,1]区间均匀分布的随机数，为第n个水电站在第t个时段的水位上限，为第n个水电站在第t个时段的水位下限。

进一步地，步骤(2)中采用惩罚函数法计算当前种群中每个个体的适应度，个体的适应度为：

其中，y_n,t为第n个电站第t个时段缺水量，Δ_t为第t个时段的小时数；a_b是第b个不等式约束的惩罚系数；θ_b是第b个不等式约束的违背值，χ为总的不等式约束数目；β_l是第l个等式约束的惩罚系数；φ_l是第l个等式约束的违背值，η为总的等式约束数目。

进一步地，步骤(2)中更新所有个体的历史最优位置和当前种群中全局最优位置包括：