基于线性逼近与蓄水分配曲线的梯级水库优化调度研究

发布时间：2020-06-01 18:09

【摘要】：水库优化调度有助于实现水资源的优化配置和充分利用,使水利工程的综合运用效益最大化,同时为电力系统提供更多可靠的电能,因此研究梯级水库优化调度具有重要意义。梯级水库优化调度是典型的非凸非线性规划问题,其中复杂耦合的非线性关系给模型的求解带来困难,通常导致模型的非凸特性,并制约模型求解的最优性;另一方面,对中长期尺度考虑径流等随机性因素的梯级水库随机调度问题,随着水库数量增多,各水库之间离散状态变量的组合呈指数增长,导致计算耗时过长、甚至无法完成计算,即维数灾现象。本文针对梯级水库群调度中的非线性因素和维数困难这两个关键问题,研究并提出相应的解决方法。对于第一个问题,本文构建了两种线性逼近方法,将原模型转化为线性模型,并采用线性规划(LP)或混合整数规划(MILP)求解。对于第二个问题,本文基于梯级水库的水力联系,设计了一个梯级水库蓄水分配曲线,在随机动态规划递推过程中把梯级水库当作一个整体。本文的主要研究成果如下:(1)引入数学规划中的special ordered sets(SOS)建模工具,对非线性函数离散点赋予受SOS约束的权重,确保使用相邻的两个离散点近似相应的函数区间,该线性近似处理方法记为PWL1。实现SOS约束需要引入整数变量,因此PWL1将原模型转化为MILP。水火电系统日优化的算例表明,该优化方法得到的解优于以往的研究成果。(2)将水电出力表示为水库蓄水和出库流量的二元函数关系,基于模型的近似凸优化特性,用一组凸包平面近似表示出力关系,该线性处理方法记为PWL2。PWL2不引入整数变量,将原模型转化为LP。PWL1和PWL2分别被用于近似处理梯级水库群长期调度模型,对比表明,PWL1的逼近精度更高,PWL2处理的模型求解效率更高。(3)提出梯级水库群蓄水分配曲线(SDC),SDC表示各时段梯级总蓄水和各水库蓄水的关系,可以用于指导梯级水库群中长期运行。SDC曲线参数根据历史径流序列生成的长期调度方案进行拟合,这里采用PWL1处理长期调度模型中的非线性关系。(4)基于SDC和随机动态规划(SDP),提出SDCSDP方法,用于求解梯级水库群随机调度问题。SDCSDP递推过程中的状态变量是梯级总蓄水和总入流量,在计算阶段效益时根据SDC将总蓄水分配到各水库,并采用阶段效益模型做适当的调整和优化,这里采用PWL2近似处理阶段效益模型中的水电出力关系以提高计算效率。算例表明,SDCSDP能够求解大规模水库群随机调度问题,同时避免维数灾现象。
【图文】：

凸包,梯级水电站,澜沧江中下游,平面参数

54图 3-7 澜沧江中下游梯级水电站水库在本算例中，，每个水电站的简化出力函数(3-9)离散为 6×6 的表格，用作 PWL1的出力样本离散点，并用于 PWL2 的凸包平面参数拟合。本算例采用 Python 3.6 建模，Gurobi 7.5.2 作为 LP/MILP 求解器，运行在 Intel Core i5-4570。表 3-5 是采用两种线性处理方法求解长期调度的平均计算时间统计，可见基于PWL2 的 LP 方法的求解速度明显比基于 PWL1 的 MILP 方法快。这是因为采用凸包
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV697.1

【参考文献】