梯级水库群等蓄量防洪调度优化系统及其优化方法与流程

本发明涉及梯级水库群防洪调度，具体涉及一种梯级水库群等蓄量防洪调度优化系统及其优化方法。

背景技术：

1、目前，根据长江上游水库群联合防洪调度方案，上游干支流梯级以自身梯级水库打捆构成一个统一整体，协同三峡水库不同时刻的水位和流量，采取等蓄量、等泄量、分级拦蓄等方式配合三峡水库联合防洪调度，为快速实施水库群统一调度争取了时机。但是，在确定各梯级统一防洪调度过程后，对于梯级水库内部，一般依据各水库总防洪库容比例、泄流能力条件、剩余防洪库容等情形，对各水库提出拦蓄分配要求，但忽略了梯级水库防洪调度的兼顾兴利效用。因此，有必要在梯级水库打捆实施等蓄量防洪调度得到梯级拦蓄过程后，开展梯级水库群内部防洪调度优化研究，以合理分配各水库调度过程和防洪库容投入，并兼顾考虑兴利效益，来提高水库群的调度管理水平和促进流域水能资源高效利用。

2、从数学上看，这一梯级水库防洪优化调度具有大规模、高维度、多阶段、强约束、非线性等复杂特性，国内外学者为解决这一问题，陆续提出了动态规划(dp)、离散微分动态规划(dddp)、逐步优化(poa)、进化算法等多种成熟方法，得到了广泛应用，但在处理长江上游梯级水库群防洪优化调度问题时，存在早熟收敛、计算开销大、维数灾等缺陷。因此，有必要开发一些新型实用的优化方法，有效提升计算能力，来确保水库群防洪优化调度的计算效率与求解精度。

3、云模型是一种结合模糊数学和随机数学而快速发展起来的数学模型，是一种描述定性概念或定性知识与其定量数值表示之间不确定性转换的模型，已成功用于系统综合评价、数据挖掘预测、模糊知识表达、人工智能控制等学术领域和工程领域。在开展知识表达和数据挖掘时，云模型具有稳定之中有变化、不确定中带有确定性的特点，能够对知识信息进行全方位的学习以促进认知的进化更新。

技术实现思路

1、本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种梯级水库群等蓄量防洪调度优化系统及其优化方法，克服传统方法在求解梯级水库群防洪优化调度存在的严重维数灾问题，原理简单、控制参数少，且运算效率快、计算精度高。

2、为实现上述目的，本发明所设计的梯级水库群等蓄量防洪调度优化系统，包括如下模块：

3、初始化模块：确定梯级水库群等蓄量防洪调度的目标函数、约束条件和决策变量，并在各种约束条件下根据人工经验决策或常规方法，生成一组满足约束条件的水库群调度方案；

4、调度方案库模块：存储和读取调度方案；

5、逆向云生成器模块：制作各水库的云模型参数，包括期望、熵和超熵；

6、正向云生成器模块：依据云模型的期望、熵和超熵，产生各水库的云滴；

7、方案计算比较模块：计算调度方案的梯级水库群调度结果，对调度方案库中的调度方案进行比较排序，对云模型生成的云滴方案进行比较以得到最佳云滴方案，比较最佳云滴方案和当前最佳方案以更新当前最佳方案；

8、输出模块：反复执行调度方案库模块至方案计算比较模块，直至满足预设迭代停止条件，得到最优调度方案，并作为最终水库群调度结果输出。

9、一种梯级水库群等蓄量防洪调度优化系统的优化方法，包括如下步骤：

10、1)确定初始计算条件，包括梯级水库群等蓄量防洪调度的目标函数、约束条件和决策变量，设定计算参数，包括水库数量n、时段t、最大迭代次数m、调度方案组数f、云模型云滴数目y和收敛精度ε；

11、2)采用人工经验决策或常规方法生成f组满足约束条件的调度方案，将f组调度方案的结果进行优劣排序，按照优劣次序依次存入调度方案库其中表示调度方案ωf中水库i在时段j的水位，有1≤i≤n，1≤j≤t，1≤f≤f；

12、3)设置迭代次数m＝1；

13、4)设置时段数j＝1；

14、5)从调度方案库读取当前最佳方案ω1，实施云模型搜索，即通过云模型的逆向云发生器和正向云发生器，生成一系列云滴方案来优化ω1，具体计算步骤如下：

15、5.1)执行逆向云发生器，制作所有水库的云模型参数，包括期望、熵和超熵，水库i的云模型参数计算如下：

16、依次读取第f条调度方案ωf中水库i在时段j的水位值，记为一个水位样本f组调度方案组成水位样本集计算水位样本集的均值一阶样本绝对中心矩wi、样本标准方差si，计算公式分别如下：

17、

18、依据云模型理论，计算水库i的水位样本集的期望exi、熵eni和超熵hei，计算公式如下：

19、

20、

21、5.2)执行正向云发生器，产生所有水库的y个云滴，水库i的y个云滴产生方法如下：

22、5.2.1)设置云滴数y＝1；

23、5.2.2)以eni为期望值，hei为标准差，生成一个正态随机数eni,y；

24、5.2.3)以exi为期望值，eni,y的绝对值为标准差，生成一个正态随机数exi,y，作为一个云滴；

25、令y＝y+1，重复执行步骤5.2.2)～步骤5.2.3)，直到产生y个云滴；

26、5.3)根据步骤5.2)生成的各水库的y个云滴，依次组合形成y个云滴方案其中1≤y≤y，并对y个云滴方案进行比较，找出最佳云滴方案

27、5.4)比较最佳云滴方案与当前最佳方案ω1，如果优于ω1，则将加入到调度方案库并删除调度方案库中的最差方案ωf；否则不作处理，比较完毕后，按照优劣顺序对调度方案库进行更新，重构新的调度方案库

28、6)令j＝j+1，若j＞t，则转至步骤7)；否则转至步骤5)。

29、7)计算相邻两次迭代中最佳方案各时段的水位差值，若转至步骤8)，否则转至步骤4)；

30、8)令m＝m+1，若m＞m，则转至步骤9)，否则转至步骤3)；

31、9)停止计算，输出最终的最佳调度方案ω1。

32、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

33、1、克服传统方法在求解梯级水库群防洪优化调度存在的严重维数灾问题，原理简单、控制参数少，且运算效率快、计算精度高；

34、2、在得到梯级水库等蓄量防洪调度过程的前提下，通过构建目标函数来优化得到各水库防洪调度过程，在完成既定防洪任务的基础上，具备良好的兴利效益；

35、3、通过云模型来挖掘历史信息并进行预测分析，以寻找优化轨迹，避免了水库群各阶段离散状态之间的全面组合，有效降低了计算复杂度，搜索能力强，是求解非线性、高维度、多阶段的水库群防洪优化调度问题的有效工具，对提高梯级水库群的防洪保安作用和兴利调度效益具有良好的决策支撑能力。

技术特征：

1.一种梯级水库群等蓄量防洪调度优化系统，其特征在于：包括如下模块：

2.一种如权利要求1所述梯级水库群等蓄量防洪调度优化系统的优化方法，其特征在于：包括如下步骤：

技术总结本发明涉及梯级水库群防洪调度技术领域，公开了一种梯级水库群等蓄量防洪调度优化系统，包括初始化模块、调度方案库模块、逆向云生成器模块、正向云生成器模块、方案计算比较模块和输出模块。本发明还公开了一种梯级水库群等蓄量防洪调度优化系统的优化方法。本发明梯级水库群等蓄量防洪调度优化系统及其优化方法，克服传统方法在求解梯级水库群防洪优化调度存在的严重维数灾问题，原理简单、控制参数少，且运算效率快、计算精度高。技术研发人员：胡维忠,邹强,巴欢欢,张丹,方国宝受保护的技术使用者：长江勘测规划设计研究有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29