[发明专利]一种基于防洪压力值的并联水库群防洪优化调度方案生成方法

权利要求书

1.一种基于防洪压力值的并联水库群防洪优化调度方案生成方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，确定并联水库群以及保护对象

选择并联水库群以及对应的下游保护断面作为研究对象，根据水库以及水库区间洪水过程长度确定防洪调度周期，设共有n个水库，以i为代表水库编号的变量，i＝1，2，…，n，将防洪调度周期划分为T个时段，以t为代表时段变量，t＝1，2，…，T；

步骤2，各水库按照泄洪能力条件泄流

按照公式(1)计算各水库不同时段的出流流量：

q_i,t＝fq(h_i,t)         (1)

式中，fq为水库泄流能力函数；h_t,t为第i个水库t时段的水库水位；q_i,t为第i个水库t时段的出流流量；

步骤3，保护断面过流流量的计算

根据各个水库演算至保护断面的过流流量与区间流量叠加，可得到保护断面的最终过流流量，公式(3)如下：

式中，QB_t为保护断面第t时段的过流流量；QJ_t为第t时段水库群到保护断面的区间流量总和；qqq_i,t为第i个水库t时段演算至下游保护断面的过流流量；

步骤4，保护断面最大流量的计算：

按照公式(4)计算保护断面整个防洪调度中的最大流量，公式(4)如下：

式中，FF为保护断面计算的最大流量；Q_设定流量为保护断面设定的最大流量；

如果FF≤Q_设定流量，则进入步骤15；如果FFQ_设定流量，则进入步骤5；

步骤5，各个水库防洪压力值的计算：

按照公式(5)计算各个水库的防洪压力值p_i：

式中，Q_i,t为第i个水库第t时段的入流流量；p_i、Q_i,max分别为第i个水库的防洪压力值和历史最大洪峰流量；

步骤6，并联水库群联合调度的最高水位的计算：

利用公式(10)水库库容曲线函数，求解第i个水库可用库容v_{i,可用库容}对应的水库水位h_{i,可用库容}，作为并联水库群联合调度的最高水位：

h_{i,可用库容}＝fz(v_{i,可用库容})        (10)

式中，fz为水库库容曲线函数；v_{i,可用库容}为第i个水库的可用防洪库容；h_{i,可用库容}为第i个水库联合调度的最高水位；

步骤7，进行粒子群编码并组成初始解：

进行粒子群编码，将各时段的并联水库群出流流量作为决策变量进行编码，编码的长度等于决策变量的个数，设置群体规模，并联水库群各水库出流流量组合形成一个粒子，第一代粒子群包括M个粒子，以pop代表粒子群种群大小，则共有M/pop个种群；以m为代表粒子数量的变量，m＝1，2，…，M，由随机产生的并联水库群出流流量组成初始种群即初始解，如公式(11)、公式(12)：

QQ_m＝(qq₁,qq₂,…,qq_i,…,qq_n)       (11)

qq_i＝(q_i,1,q_i,2,…,q_i,t,…,q_i,T)              (12)

式中，m为代表粒子数量的变量；M为粒子总数；QQ_m为各时段的水库群出流流量组合；qq_i为第i个水库各时段的出流流量组合，q_i,t为第i个水库t时段的出流流量；

步骤8，并联水库群中各个水库约束条件的设定：

所述水库约束条件包括水量平衡约束、泄流能力和水位约束；

步骤9，计算第一代粒子群的适应度值：

采用并联水库群对应的下游保护断面最大过流流量最小作为优化目标，根据适应度函数计算第一代粒子群中各粒子的适应度值，适应度值最小的对应全局最优解，各粒子当前为局部最优解，所述适应度函数如公式(17)所示：

式中，QB_t为保护断面第t时段过流流量，F为适应度值；

假设第m个粒子包含在第p个种群内，由此得到k代第m个粒子对应局部最优个体，设该个体对应编号为x1：

则其适应度值为：

对应的局部最优解为：

式中，分别为种群p内个体编号为1和pop的适应度值；为种群p内编号为x1的一个解；

以及得到k代粒子群全局最优个体，设该个体对应编号为x2：

则其适应度值为：

对应的全局最优解为：

式中，分别为第k代所有种群内编号为1和M的适应度值；为所有种群内编号为x2的一个解；

假设k-1代粒子群全局最优个体对应编号为x3：

则其适应度值为：

式中，分别为第k-1代所有种群内编号为1和M的适应度值；

步骤10，动态更新惯性权值：

采用基于动态更新惯性权值的粒子群算法更新粒子的位置和速度，惯性权值ω随着相邻两代的适应度值实时更新，粒子群算法更新公式如公式(23)、公式(24)所示：

式中，ω^k为k代粒子群惯性权值；分别为第k代、k+1代粒子群进化速度；c₁、c₂为两个加速系数；rnd₁、rnd₂分别为随机数1和随机数2；分别为所有种群内第i个个体第k代、k+1代各时段的水库群出流流量组合；

其中惯性权值ω更新公式，如公式(25)所示为：

式中，ω_max、ω_min分别为设定惯性权值的最大值与最小值；

步骤11，计算当前粒子群各粒子的适应度值：

按照步骤9所述方法计算当前粒子群各粒子的适应度值，判断其是否满足优化条件，如果满足优化条件，则进入步骤14，否则进入步骤12；

步骤12，重复动态更新惯性权值、计算新一代粒子群的适应度值：

依然采用并联水库群对应的下游保护断面最大过流流量最小作为优化目标，根据适应度函数计算新一代粒子群中各粒子的适应度值，更新局部最优解和全局最优解；根据得到当前全局最优解为各个水库出流流量组合，根据并联水库群中各个水库的出流流量，通过公式(4)计算FF；

步骤13，判断保护断面最大流量是否满足条件：

如果FF≤Q_设定流量则进入步骤14；否则，ss＝ss+1，如果ss≤s，则进入步骤6，否则，则进入步骤14；

步骤14，并联水库群防洪优化调度方案的输出：

输出并联水库群防洪优化调度方案，即输出所述并联水库群中各个水库的出流流量。