一種基於正交降維搜索算法的水電站群優化調度方法

2023-07-15 07:58:26

一種基於正交降維搜索算法的水電站群優化調度方法
【專利摘要】本發明涉及水庫調度領域，公開了一種基於正交降維搜索算法的水電站群優化調度方法，其特徵是採用一維實數矩陣對水電站群進行編碼設計，獲取維度n。根據狀態離散數目Q及維度n構造相應正交表。由常規優化調度方法獲取各水電站初始調度過程，並由狀態離散數目計算得到初始搜索步長。根據各水電站當前狀態Z1及其搜索步長、所選正交表構造正交試驗方案集合，並對各正交試驗方案中各電站相應狀態進行檢查，若發生越界則修正至可行域。採用懲罰函數法計算各試驗方案目標函數值，從中選取最優試驗方案Z2，若Z2目標函數值優於Z1目標函數，則令Z1＝Z2。縮本發明具有原理清晰簡單、計算參數少、收斂速度快、魯棒性強等優點，可用於水電系統優化調度及水資源優化配置。
【專利說明】一種基於正交降維搜索算法的水電站群優化調度方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於正交降維搜索算法的水電站群優化調度方法，是一種水資源優化調度方法，屬於水資源與水電站群優化調度【技術領域】。
技術背景
[0002]截至2013年底，我國水電總裝機規模超過2.8億kW，已形成世界上規模最為龐大複雜的互聯水電系統，以南方電網為例，目前集中管理調度的大中型水電站群數目已超過100座，規模如此巨大的水電系統涉及相互制約的海量時空約束和複雜多變的綜合利用需求，導致計算規模呈爆炸式增長，維數災問題日益突出，給各級調度管理部門帶來前所未有的新問題和新挑戰。傳統優化方法如逐步優化算法、離散微分動態規劃(DiscreteDifferential Dynamic Program, DDDP)、動態規劃逐次逼近法等動態規劃改進算法通過減少系統階段數或狀態數實現降維，但在處理大規模水電系統優化調度問題時仍會面臨因狀態組合過多引發的維數災問題；遺傳算法(Genetic Algorithm, GA)、粒子群算法等智能算法近年來在水電優化調度研究領域得到廣泛應用，但普遍存在參數眾多、早熟收斂等問題，同時計算結果受問題規模及約束處理方法等影響較大，在實際工程應用中受到一定的限制，因此迫切需要研究適應大規模複雜水電系統切實可行的新型優化調度方法。
[0003]正交試驗設計作為一種尋求多因素多水平問題優化試驗方案的科學試驗方法，其基本工具是運用均衡分布思想和組合數學理論構造得到的正交表。正交表具有如下性質:
(I)每一列(因素)的不同水平在試驗中出現的次數相同；(2)任意兩列(因素)的不同水平組合組成的有序數對在試驗中出現次數相同；(3)若去掉正交表部分列，剩餘列仍能組成新的正交表，與原正交表相比僅處理因素數減少，其餘性質不變。依據正交表開展試驗設計可從全部試驗方案中選取具有「均衡分散，整齊可比」性質的部分方案開展試驗，在大幅減少試驗次數的同時能夠全面反映客觀事物的變化規律。
[0004]設實驗中有F個因素，各因素均有Q個水平，若進行全面組合實驗，則需開展Qf組實驗；若按照正交表Lm(Qf)安排試驗，則只需M組試驗。其中Lm(Qf) = (au)MXF，au表示第



Ou-1
i項水平組合(即一種試驗方案)中因素j水平，ai；J e {I, 2,…，Q} ； F = ? M = Qu,
u為基本列數，可取任意正整數。表I為4個因素水平數均為3的L9(34)正交表，可以看出:只需開展9次試驗即可處理4項均為3水平(1、2、3)的試驗因素(1、I1、II1、IV);各因素的不同水平均出現3次；任意兩試驗因素(1-11、1-1V等)不同水平構成的有序數對(1-1、1-2等)均出現I次。表明利用正交表開展試驗不僅能夠大幅減少方案數目(全部試驗方案數目為34 = 81)，而且可以保證方案的均衡分散性和整齊可比性。
[0005]表I L9 (34)正交表
[0006]

【權利要求】
1.一種基於正交降維搜索算法的水電站群優化調度方法，其特徵包括如下步驟， (1)選擇參與計算電站並設置相應約束條件，如各電站出力、水位等約束及系統最小出力約束； (2)設置相關計算參數，包括終止精度、狀態離散數目Q、最大迭代次數等； (3)採用一維實數矩陣對水電站群進行編碼設計，獲取維度η; (4)根據狀態離散數目Q及維度η構造相應正交表； (5)由常規優化調度方法獲取各水電站初始調度過程，並由狀態離散數目計算得到初始搜索步長； (6)根據各水電站當前狀態Zl及其搜索步長、所選正交表構造正交試驗方案集合，並對各正交試驗方案中各電站相應狀態進行檢查，若發生越界則修正至可行域； (7)採用懲罰函數法計算各試驗方案目標函數值，從中選取最優試驗方案Ζ2，若Z2目標函數值優於Z1目標函數，則令Z1 = Z2; (8)重複步驟￠)-(7)，直至在當前搜索步長下目標函數無改進，即Z1為當前搜索步長下最優解； (9)縮小搜索步長，重複步驟￠)-(8)，直至滿足收斂條件後轉至步驟(10)； (10)停止計算，輸出最優解。
【文檔編號】G06Q50/06GK104182806SQ201410416211
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月21日 優先權日:2014年8月21日
【發明者】程春田, 馮仲愷, 牛文靜, 廖勝利, 武新宇, 李剛, 申建建 申請人:大連理工大學