嵌套結(jié)構(gòu)并行多維動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法及其應(yīng)用研究.pdf

1、隨著我國梯級(jí)水電開發(fā)的快速推進(jìn)，大規(guī)模梯級(jí)水電站水庫群的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度問題正越來越受到人們的高度重視，而傳統(tǒng)的分析理論與優(yōu)化方法在求解這類問題時(shí)呈現(xiàn)出一定的局限性，致使水資源未能得到充分利用。因此，開展大型流域梯級(jí)水電站水庫群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度理論與方法研究，對(duì)于充分發(fā)揮梯級(jí)水庫間的補(bǔ)償調(diào)節(jié)作用，提高水資源利用效率，具有非常重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。
　　鑒于此，本文以李仙江流域梯級(jí)水電站水庫群為研究對(duì)象，在對(duì)水電站水庫優(yōu)化調(diào)度理論歸納總

2、結(jié)的基礎(chǔ)上，從理論研究和實(shí)際應(yīng)用兩方面入手，開展梯級(jí)水電站水庫群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度研究。分別從嵌套結(jié)構(gòu)多維動(dòng)態(tài)規(guī)劃及其并行計(jì)算建模、多維動(dòng)態(tài)規(guī)劃并行模式分析、蓄供水判別式法應(yīng)用、梯級(jí)總出力調(diào)度圖優(yōu)化、時(shí)段內(nèi)出力分配模型建模、調(diào)度規(guī)則提取以及實(shí)例應(yīng)用等方面進(jìn)行了較為深入的研究，主要研究?jī)?nèi)容及成果包括:
　　(1)提出了嵌套結(jié)構(gòu)多維動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法。為緩解傳統(tǒng)多維動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法(MDP)在梯級(jí)水電站水庫群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度應(yīng)用中的“維數(shù)災(zāi)”問題，本文基

3、于嵌套結(jié)構(gòu)的思想，提出了嵌套結(jié)構(gòu)多維動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法(MNDP)。以李仙江三庫梯級(jí)系統(tǒng)為背景進(jìn)行實(shí)例研究，通過MDP算法的計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了MNDP算法的全局收斂性，并從程序運(yùn)行時(shí)間、內(nèi)存占用量以及程序復(fù)雜度三個(gè)方面對(duì)MNDP和MDP兩種算法在相同離散條件下的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比和分析，給出了兩種算法各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用情況。
　　(2)提出了嵌套結(jié)構(gòu)并行多維動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法。針對(duì)本文所提出的MNDP算法運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的問題，引進(jìn)并行處理技術(shù)，提出

4、了嵌套結(jié)構(gòu)并行多維動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法(MNPDPA)，并在單機(jī)多核環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了該算法的并行計(jì)算。最后通過實(shí)例計(jì)算結(jié)果分析和評(píng)價(jià)了MNPDPA的并行性能。
　　(3)構(gòu)建了傳統(tǒng)多維動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法三種不同的并行計(jì)算模式。為進(jìn)一步探索和挖掘并行算法的效率提升空間，通過對(duì)MDP算法的并行化分析，構(gòu)建了MDP算法三種不同的并行模式，即時(shí)段內(nèi)并行模式、時(shí)段間并行模式以及混合并行模式，用以研究不同并行模式對(duì)算法計(jì)算效率的影響。最后以實(shí)例計(jì)算結(jié)果從程序運(yùn)

5、行時(shí)間和內(nèi)存占用兩個(gè)方面分析評(píng)價(jià)了三種不同并行模式的并行效果。
　　(4)制定了李仙江三庫梯級(jí)中長(zhǎng)期調(diào)度規(guī)則。以李仙江三庫梯級(jí)水電系統(tǒng)為研究背景，以MNDP所獲得的具有全局最優(yōu)性的長(zhǎng)系列調(diào)度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，首先總結(jié)并提取了梯級(jí)各庫在各時(shí)段的一般性調(diào)度規(guī)律。其次根據(jù)各庫的水位變化規(guī)律將調(diào)度期劃分為四個(gè)特征段，并基于這四個(gè)特征段給出了梯級(jí)各庫全調(diào)度期的調(diào)度規(guī)則。最后進(jìn)行調(diào)度規(guī)則的模擬調(diào)度計(jì)算，并將模擬結(jié)果與MNDP和常規(guī)調(diào)度結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)

6、的分析比較。
　　(5)建立了梯級(jí)保證出力最大蓄能調(diào)度圖模型和發(fā)電量最大蓄能調(diào)度圖模型?？紤]到梯級(jí)水電站水庫群在實(shí)施聯(lián)合調(diào)度以后的相互補(bǔ)償作用，本文基于蓄供水判別式法和梯級(jí)蓄能調(diào)度圖繪制原理，建立了梯級(jí)保證出力最大蓄能調(diào)度圖模型和發(fā)電量最大蓄能調(diào)度圖模型，并將逐步優(yōu)化算法(POA)嵌入到模型求解流程中，以對(duì)所求初始梯級(jí)蓄能調(diào)度圖進(jìn)行優(yōu)化。最后根據(jù)實(shí)例計(jì)算結(jié)果從發(fā)電量、保證出力以及保證率三方面將蓄能調(diào)度圖與目前的常規(guī)梯級(jí)聯(lián)合調(diào)度方式

7、進(jìn)行了對(duì)比分析。
　　(6)建立了總出力調(diào)度圖優(yōu)化的雙層嵌套模型。針對(duì)蓄供水判別式法應(yīng)用于梯級(jí)水電站水庫群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度時(shí)所存在的三點(diǎn)不足，以調(diào)度期總發(fā)電量最大為目標(biāo)，建立了用于總出力調(diào)度圖優(yōu)化和確定時(shí)段內(nèi)最優(yōu)出力分配的雙層嵌套模型。此外，基于模型求解后所得的長(zhǎng)系列最優(yōu)化模擬調(diào)度數(shù)據(jù)，采用平均值法和逐步回歸法分別提取了各庫各時(shí)段內(nèi)出力分配規(guī)則，并通過模擬計(jì)算結(jié)果將兩種方法所得出力分配規(guī)則與常規(guī)調(diào)度方法及蓄供水判別式法進(jìn)行了對(duì)比分析。