嵌套结构并行多维动态规划算法及其应用研究

发布时间：2020-03-05 00:43

【摘要】：随着我国梯级水电开发的快速推进,大规模梯级水电站水库群的联合优化调度问题正越来越受到人们的高度重视,而传统的分析理论与优化方法在求解这类问题时呈现出一定的局限性,致使水资源未能得到充分利用。因此,开展大型流域梯级水电站水库群联合优化调度理论与方法研究,对于充分发挥梯级水库间的补偿调节作用,提高水资源利用效率,具有非常重要的理论意义和现实意义。鉴于此,本文以李仙江流域梯级水电站水库群为研究对象,在对水电站水库优化调度理论归纳总结的基础上,从理论研究和实际应用两方面入手,开展梯级水电站水库群联合优化调度研究。分别从嵌套结构多维动态规划及其并行计算建模、多维动态规划并行模式分析、蓄供水判别式法应用、梯级总出力调度图优化、时段内出力分配模型建模、调度规则提取以及实例应用等方面进行了较为深入的研究,主要研究内容及成果包括：(1)提出了嵌套结构多维动态规划算法。为缓解传统多维动态规划算法(MDP)在梯级水电站水库群联合优化调度应用中的“维数灾”问题,本文基于嵌套结构的思想,提出了嵌套结构多维动态规划算法(MNDP)。以李仙江三库梯级系统为背景进行实例研究,通过MDP算法的计算结果验证了MNDP算法的全局收敛性,并从程序运行时间、内存占用量以及程序复杂度三个方面对MNDP和MDP两种算法在相同离散条件下的计算结果进行了对比和分析,给出了两种算法各自的优缺点和适用情况。(2)提出了嵌套结构并行多维动态规划算法。针对本文所提出的MNDP算法运行时间较长的问题,引进并行处理技术,提出了嵌套结构并行多维动态规划算法(MNPDPA),并在单机多核环境下实现了该算法的并行计算。最后通过实例计算结果分析和评价了MNPDPA的并行性能。(3)构建了传统多维动态规划算法三种不同的并行计算模式。为进一步探索和挖掘并行算法的效率提升空间,通过对MDP算法的并行化分析,构建了MDP算法三种不同的并行模式,即时段内并行模式、时段间并行模式以及混合并行模式,用以研究不同并行模式对算法计算效率的影响。最后以实例计算结果从程序运行时间和内存占用两个方面分析评价了三种不同并行模式的并行效果。(4)制定了李仙江三库梯级中长期调度规则。以李仙江三库梯级水电系统为研究背景,以MNDP所获得的具有全局最优性的长系列调度数据为基础,首先总结并提取了梯级各库在各时段的一般性调度规律。其次根据各库的水位变化规律将调度期划分为四个特征段,并基于这四个特征段给出了梯级各库全调度期的调度规则。最后进行调度规则的模拟调度计算,并将模拟结果与MNDP和常规调度结果进行了详细的分析比较。(5)建立了梯级保证出力最大蓄能调度图模型和发电量最大蓄能调度图模型。考虑到梯级水电站水库群在实施联合调度以后的相互补偿作用,本文基于蓄供水判别式法和梯级蓄能调度图绘制原理,建立了梯级保证出力最大蓄能调度图模型和发电量最大蓄能调度图模型,并将逐步优化算法(POA)嵌入到模型求解流程中,以对所求初始梯级蓄能调度图进行优化。最后根据实例计算结果从发电量、保证出力以及保证率三方面将蓄能调度图与目前的常规梯级联合调度方式进行了对比分析。(6)建立了总出力调度图优化的双层嵌套模型。针对蓄供水判别式法应用于梯级水电站水库群联合优化调度时所存在的三点不足,以调度期总发电量最大为目标,建立了用于总出力调度图优化和确定时段内最优出力分配的双层嵌套模型。此外,基于模型求解后所得的长系列最优化模拟调度数据,采用平均值法和逐步回归法分别提取了各库各时段内出力分配规则,并通过模拟计算结果将两种方法所得出力分配规则与常规调度方法及蓄供水判别式法进行了对比分析。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV697.12;TV737

【参考文献】