流域梯級電站群多目標聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度與多屬性風險決策.pdf

1、流域梯級水庫群的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度受氣象循環(huán)、水文過程、發(fā)電控制、電網(wǎng)潮流、用水需求為等多種因素制約，是一類高維度、多目標、強耦合的復雜非線性約束優(yōu)化問題，一直是水電能源科學與復雜性科學交叉發(fā)展的前沿研究領域之一。隨著我國水電能源的持續(xù)大規(guī)模開發(fā)，流域梯級水電能源系統(tǒng)規(guī)模與拓撲結(jié)構日趨復雜，大型水利樞紐綜合利用要求也日益提高，從而給梯級水電站群的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度帶來巨大挑戰(zhàn)。流域梯級電站間復雜的水力、電力耦合聯(lián)系以及不同調(diào)度目標間的競爭與沖突關系

2、，使得傳統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度理論與方法已無法滿足大規(guī)模梯級水電能源系統(tǒng)整體優(yōu)化與水能資源高效利用的需求，亟需研究并發(fā)展新的優(yōu)化理論與方法。本文圍繞水電能源大規(guī)模開發(fā)背景下梯級水電站群的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度決策問題，以梯級水電能源安全和高效利用為目標，結(jié)合系統(tǒng)工程理論、現(xiàn)代智能優(yōu)化理論和多目標決策理論，研究了梯級水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度決策的先進理論與方法，解決了制約優(yōu)化理論在復雜水電能源多目標優(yōu)化調(diào)度實際工程應用中的關鍵技術瓶頸，取得了一些有理論意義和工程實

3、用價值的研究成果。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新包括：
　　 ⑴針對流域梯級電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度決策變量多且相互耦合的特點，提出了適應于多變量耦合優(yōu)化問題的文化差分進化算法。該算法從群體空間和知識空間的構造出發(fā)，以差分進化算法為群體空間優(yōu)化驅(qū)動機制，并在知識空間中定義3 種知識結(jié)構，以指導種群的進化過程，避免了算法早熟收斂，提高了算法全局搜索能力；文化差分進化算法應用于梯級水電能源系統(tǒng)的實例研究結(jié)果表明，該算法能有效處理復雜約束條件且計

4、算速度快，為梯級水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度實際工程問題的求解提供了一種有效的新方法。
　　 ⑵為有效求解多目標優(yōu)化問題，結(jié)合多目標優(yōu)化理論與方法對文化差分進化進行改進、拓展和完善，首先提出了一種多目標文化差分進化算法。將優(yōu)化方案的形勢知識結(jié)構視為外部檔案集，提出一種“1+μ”循環(huán)選擇方式對形勢知識結(jié)構進行更新和維護，提高了非劣解在非劣前沿的分布均勻性；進而運用Pareto 支配原理對差分進化算法選擇操作進行修正，使其能夠處理多目標優(yōu)化

5、問題；數(shù)值仿真計算結(jié)果及其與多種流行多目標優(yōu)化算法的對比分析表明，多目標文化差分進化算法能有效處理非凸、非連續(xù)、多模態(tài)的多目標約束優(yōu)化問題，且非劣解集均勻分布于真實非劣前沿，是一種性能優(yōu)異的多目標優(yōu)化方法。
　　 ⑶通過分析梯級電站群各調(diào)度目標間的競爭與沖突關系，研究并建立了均衡考慮上下游及大壩防洪安全的水庫多目標防洪優(yōu)化調(diào)度模型以及兼顧梯級電站發(fā)電效益和容量效益的多目標發(fā)電調(diào)度模型，并運用提出的MOCDE算法對模型進行求解，獲

6、得一組滿足實際工程需求的非劣調(diào)度方案集，解決了梯級電站群多目標優(yōu)化調(diào)度方案快速生成的難題，為三峽梯級防洪、發(fā)電調(diào)度決策提供了數(shù)據(jù)支撐；此外，研究了水火電混聯(lián)系統(tǒng)的短期多目標優(yōu)化調(diào)度問題，提出了系統(tǒng)負荷平衡約束處理的動態(tài)調(diào)整策略，仿真研究結(jié)果驗證了MOCDE的合理性和高效性。
　　 ⑷研究并發(fā)展了梯級水電能源系統(tǒng)風險分析和多屬性風險決策的理論與方法。將預報入庫徑流擬合為服從正態(tài)分布的白噪聲隨機變量，運用蒙特卡洛模擬方法研究了徑流不

7、確定條件下梯級電站群的防洪、發(fā)電風險分析問題，并將最高水位、最大下泄流量、末水位、年發(fā)電量、最小出力等調(diào)度目標值描述為有限區(qū)間內(nèi)服從正態(tài)分布的隨機變量，建立了含有隨機變量的風險型多屬性調(diào)度決策模型；提出了基于相對優(yōu)勢可能度和綜合賦權的多屬性風險決策方法，突破了傳統(tǒng)確定性決策方法難以有效處理隨機決策變量的瓶頸；該方法運用主客觀綜合賦權的方法確定屬性權重，并改進了隨機變量相對優(yōu)勢度的計算方法；最后通過三峽梯級的實例研究，驗證了風險分析模型和