梯级水库群优化调度并行动态规划方法

针对动态规划方法求解梯级水库群优化调度易造成计算耗时长、求解效率低等缺点,提出了梯级水库群优化调度并行动态规划方法。该方法将调度期内所有离散状态点组合计算求解作为父任务,采用Fork/Join多核并行框架将父任务分解为多个子任务进行并行化求解。以西江干流梯级水库群长期发电优化调度为研究实例,在多核配置上验证所提方法的有效性。计算结果表明,在4核并行环境下,最大加速比可达到3.84,大幅度缩减计算耗时,计算效率显著提升。     

基于CAFSA的水库发电优化调度双层并行计算

应用于水库发电优化调度的人工鱼群算法(AFSA)后期搜索能力较弱,易陷入局部求解困境,并且运行时间相对较长;增加单体鱼的混沌优化搜索功能后,虽可提高最优求解精度,但计算耗时有所增加的问题也随之而出。依托互联多核计算机群,对水库发电优化调度中的混沌人工鱼群算法(CAFSA)展开双层并行计算架构设计,水库实例仿真的计算结果表明该并行策略能够有效保持CAFSA较高质量寻优的同时,可以大幅减少计算耗时,为提高调度模型求解效率提供了一定方向。     

考虑多风险因子的水库群短期优化调度风险分析模型

在水库群短期优化调度的风险分析问题中既需要考虑径流预报误差、水流滞时的影响,又需要处理大量的模拟计算。从风险管理的角度出发,构建了考虑径流预报误差、滞时的不确定性2类风险因子耦合作用的水库群短期优化调度风险分析模型,并引入并行求解技术,提高了模型的求解效率。以雅砻江流域2水电站的短期优化调度风险分析为例,对模型的有效性及并行求解的高效性进行了验证。所提方法操作简单且兼具实用性,对发电计划的制定及水库的运行管理方面有重要的指导意义。     

灌区多水库联合优化调度研究

针对调水量与调水时机不确定的问题,建立基于供水系统全局风险最小化的多水库联合模拟优化调度模型,采用并行多种群混合进化的粒子群算法(PMSE-PSO)全局优化确定满足各水库供水要求的水库群调水规则和供水规则,并优化确定调水水库的最大调水规模,最后根据优化规则及调水规模进行水库调度计算,进而求出各计算时段调水量以及各水库区用水户供水量。本模型从缺水区域风险最优化的角度,优化确定水库供水限制线、调水控制线和调水水库的最大调水规模,模拟各时段实际调水量和不同用水户供水优先次序的供水量,实现了多水库联合调度的技术突破,为水库调度决策部门提供了一个新的调度思路。通过高关-短港水库灌区的实例应用,证明了该模型的科学性和有效性。     

基于协同差分演化算法的梯级水库短期发电优化调度研究

随着我国水电事业不断发展,流域梯级水库群联合调度的新格局已逐渐形成.针对梯级水库发电优化调度问题,在差分演化算法中适应度的进化模式中计及进化成分与外部环境之间的内在联系,借鉴生态学对个体生存环境与种群竞争的关系,提出了协同差分演化算法,并将其引入梯级水库短期发电优化调度中.实例仿真计算结果表明,该算法具有可靠性与合理性,计算速度显著提升,为解决高维复杂、多约束、非线性的梯级水库优化调度问题提供了一条新路径.     

并联水库群共同供水任务分配规则研究

对于并联供水水库群，通过共同用户相互联系，不仅要参照每个成员水库的状态特征确定供水决策，还要根据每个成员水库的状态特征合理分配共同供水任务。针对跨流域水库群共同供水任务的分配问题，为制定科学、有效合理、均衡公平的共同供水任务的水库间分配规则，寻求并联水库群共同调度规则的最优性运行策略，通过拟定合理的平衡曲线的方式，确定并联水库群共同供水任务的分配比例，指示各库在不同调度时段的蓄水最佳分配策略，并以不同拐点和斜率描述平衡曲线的分段性，表征汛期、非汛期各水库蓄水量及供水量的变化，以缺水率最小及弃水量最小为目标函数建立优化模型对分配规则进行修正，最后采用基于免疫进化的粒子群算法率定平衡曲线的决策变量突变点及斜率，最终得到相对优秀的供水规则。以滦河流域下游水库群为研究对象，结果表明，该方法能有效地实现调度目标，合理划分共同供水任务，提高水库群共同供水任务的计算效率；拟定合理平衡曲线对并联水库群共同供水任务进行分配，其库群系统供水量较补偿调节增加约5%，弃水量减少10%左右，与动态规划得到的最大供水量、年均弃水量及保证率接近，水库间供水任务分配比例与其兴利库容的比值接近，并且成员水库有较大的供水...     

考虑水电调蓄的西江水库群应急防洪调度研究

围绕西江流域应急防洪调度的需求,建立了考虑中大水电调蓄的水库群应急防洪优化调度模型。该模型针对西江流域应急防洪的实际问题,在充分利用防洪水库防洪能力的同时,进一步发挥中大水电安全库容的调节作用,有效提升了西江流域滞洪削峰的能力。模型以各水库调洪起止时间及阶段泄量为优化变量,以控制断面最大削峰为优化目标,通过求解计算得到优化的水库群应急防洪调度方案。同时,模型实现了通用化开发,可动态选择流域控制断面及库群调洪方式,并能够适用不同的洪水类型及防洪目标。通过对不同类型洪水的调节演算及结果分析发现,库群应急优化调度比常规调度在不同防洪断面针对不同类型的洪水平均削峰效果至少提高30%,考虑中大水电调蓄的西江水库群应急防洪调度对提高西江流域应急防洪能力具有重大现实意义。     

汽车碰撞安全性数值模拟的并行计算

阐述了汽车碰撞安全性数值模拟并行计算的区域分解方法,分析了并行求解过程以及主要时间开销,给出了处理接触时的并行计算流程。在此基础上,研究了不同的区域分解策略对整车碰撞计算效率的影响。最后研究了并行版本的LS—DYNA3D软件在不同硬件平台的可扩展性,对最终用户选择合适的硬件平台和计算软件具有指导意义。     

多维确定性动态规划双收敛新算法

在总结现有多维确定性动态规划计算方法利弊的基础上,提出一种新的优化计算方法,即双收敛算法。该算法应用于引滦工程系统(五水库)实时联合供水优化调度。实践证明:该算法从根本上克服了“维数灾”,适用于多水库(五库以上)发电及供水优化调度计算。     

基于遗传规划的水电站群优化调度规则研究

基于确定性水电站群优化调度的最优调度轨迹,根据聚合分解的思想,采用遗传规划分别模拟库群总出力以及总出力在梯级电站间的分配,从而建立了水电站群联合调度函数。以清江梯级和三峡梯级水电站群为实例,在满足防洪、航运等综合利用的前提下运用所得的调度函数指导水库群长系列模拟运行,模拟结果表明：基于遗传规划的水电站群调度规则可将梯级水电站群年均总发电量由1031.73亿kWh提高到1049.48亿kWh,发电保证率由95.36%提高到96.66%。因此,遗传规划为建立复杂水电站群调度函数提供了新的途径。     

城市防洪规划中并联水库群联合调度分析方法

水库联合调度作为城市防洪的非工程措施发挥着越来越重要的作用,但是随着水库数目的增多,由于数学模型概化及优化技术的局限性(如动态规划中的"维数灾"问题),水库优化调度及其规则的制定变得越来越困难。为此,针对城市防洪规划中水库群的防洪调度规则制定,以城市防洪控制断面的过流能力为约束条件,提出了正逆两向的水库联合调度分析方法,以都匀市已有和规划水库群的联合调度为例,验证了提出方法的合理性与可操作性。结果表明:逆向分析方法相比正向分析方法相比更能减小水库调度方案制定的不确定性,结果也可为类似的城市防洪规划提供参考和借鉴。     

基于混合编程的梯级水库群综合集成仿真调度平台构建

梯级水库群运行调度涉及变量众多、约束复杂,具有很强的物理背景,尤其在当前各种优化调度规则和手段逐步走向实际运行的趋势下,水电系统的运行仿真面临着一系列的技术挑战。本文针对目前普遍存在的优化调度算法和水库群运行仿真平台不统一的现状,建立了基于MATLAB和C++程序的混合编程平台,将基于MATLAB的调度规则提取算法编译为C++动态库,使其能够在C++主程序平台中实现数据传输,从而指导水电站水库群滚动运行仿真。以金沙江中下游大型梯级水库站群为仿真对象,研究结果表明,该仿真平台能够实现不同优化调度规则和不同研究对象组合的仿真运行,显著提高编程效率,同时拓宽了优化理论在实际应用中的兼容性和可扩展性,为我国水库群实际调度运行水平的提高起着重要的技术支撑和决策支撑作用。     

南水北调东线江苏段库群水资源优化调度方法研究

以南水北调东线江苏段"洪泽湖—骆马湖—南四湖下级湖"库群系统为研究对象,以缺水量最小为目标,构造库群水资源联合优化调度模型,并采用大系统分解-动态规划聚合方法进行求解。以系统各水库的可供水量为协调变量,将模型分解为洪泽湖、骆马湖、南四湖下级湖3个水库优化子模型。该子模型以水库可供水量为决策变量、水库库容离散值为状态变量;在"单库"子模型优化基础上,以各水库的供水量为决策变量,水库可供水量的离散值为状态变量构造聚合模型,子模型和聚合模型均为一维动态规划模型,采用动态规划方法进行求解。通过优化计算,与常规调度成果比较,P=50%、75%、95%来水频率下系统供水量相应提高了0.2%、0.5%和0.8%,系统总缺水量相应减少了36.5%、4.7%和1.5%,总弃水量相应减少了30.7%、32.8%和100%。     

考虑不同生态流量约束的黔中水库群优化调度

水库大坝等水利工程的修建一定程度上改变了河道内天然径流过程,维持一定的河道内生态流量对于维护河流生态健康十分重要。对于具体的水库群系统而言,维持不同的生态流量会否对发电和供水等兴利目标产生影响以及如何影响值得关注。建立了黔中水库群长期优化调度模型,设置了3套河道内基本生态需水量方案,分别为河道内基本生态需水量为多年平均径流量的10%、15%及汛期(6、7、8月)30%非汛期10%,运行调度模型得到3套方案下的黔中水库群2020水平年调度结果。结果表明,对于黔中水库群而言,整体将河道内基本生态需水量从多年平均径流量的10%提高到15%或者仅将汛期提高到30%对系统的社会经济效益影响均较小,差别在0.1%以内,河道内生态需水与发电及供水是不完全竞争关系,存在一水多用现象。在综合比较上述3套方案调度结果及分析其规律的基础上,设置了方案4(汛期20%,非汛期12%)作为最终推荐的生态调度方案,调度结果表明,该基本生态需水量方案对黔中水库群长期优化调度是适用的。     

水库群多级保证率优化调度函数的研究及应用

本文建立了水库群优化联合调度数学模型，并用目标规划模拟法对其进行优化模拟计算，在此基础上，提出了制作以灌溉为主的水库群多级保证率优化调度函数的原理和方法，并以新疆玛河流域四座水库联调为例，建立了具有保证率概念的分段调度函数，通过模拟运行，证明以联调函数指导水库群联合调度是合理可行的。     

基于MOLA的水库群实时防洪多目标优化调度模型

水库群实时防洪优化调度作为一种重要的非工程措施,可以通过较少的投入降低洪水灾害带来的损失,起到流域防洪减灾作用。考虑了各水库自身安全和下游防洪点安全,以下游防洪控制断面最大过水流量最小、各水库最高水位最低为目标函数,建立了水库群实时防洪多目标优化调度模型;引入“滤波算子”,提出一种改进多目标利希滕贝格算法（Multi-Objective Lichtenberg Algorithm,MOLA）,进行模型求解,得到水库群实时防洪调度多目标方案集,增强优化调度解在防洪调度实际应用中的可操作性;最后,提出一种基于层次聚类和Pareto前沿物理意义的综合筛选法,对Pareto前沿上的众多调度方案集进行聚集和筛选,选取有限代表解供决策者进行选择,增加防洪决策的聚焦性。研究以淮河史灌河水系为例,进行了水库群实时防洪多目标优化调度模型的应用研究,结果表明：基于改进MOLA的水库群实时防洪多目标优化调度模型计算效率高、实用性较强;采用梯度分析法定量分析了鲇鱼山水库最高水位、梅山水库最高水位、蒋家集断面最大过水流量之间的多目标互馈关系,结果表明梅山水库水位变化对蒋家集断面的组合流量影响更为显著,梅山水库可...     

基于改进遗传算法的水库群水质水量优化调度研究

研究水库群水质水量优化调度。根据水库群水质水量调度特点,建立多目标优化调度模型。针对水库群水质水量优化调度模型求解的复杂问题,提出了利用部分非可行解域来对模型进行分步优化的改进遗传算法,并探讨了主要参数对优化结果的影响。该算法成功应用于洪汝河流域的水质水量优化调度中。与传统遗传算法比较表明:改进算法的调度结果更优,计算效率及收敛性能更高,在水库群水质水量优化调度中具有高效性和实用性。     

灌区渠首水库群优化调度的自优化模拟技术

以梅院泥灌区为背景,建立了灌溉供水量最大为目标函数的灌区渠首水库群优化调度的自优化模拟模型及相应的求解技术。在利用历史资料进行优化计算的基础上,获得了梅院泥灌区渠首水库的调度规则。     

水电站发电优化调度初始粒子群生

重点分析了粒子群算法(Particle Swarm Optimization, PSO)在水电站优化调度应用中存在的收敛速度慢等问题,并针对问题提出了一种新的初始粒子群生成方法,形成了粒子群算法求解水库优化调度的改进应用方法。改进前后仿真计算结果的对比分析表明,改进后的应用方法可明显提高水电站优化调度问题的求解速度和精度。     

基于改进肾脏算法的梯级水库长期发电优化调度研究

梯级水库优化调度是一种实现水资源合理分配与高效利用,提升水电系统运行管理水平的重要方法。改进肾脏算法为高效求解梯级水库优化调度提供了一条有效途径。肾脏算法是一种新颖的自然启发式优化算法,因其参数少、寻优能力强、稳健性高,已被广泛应用和认可。本研究对标准肾脏算法的寻优原理进行了阐述,针对该算法的种群多样性低和收敛速度慢缺陷,采用含缩放因子的运移策略和自适应调参策略对其改进,提出了改进的肾脏算法。以某梯级水库长期发电优化调度为例,计算结果表明:相比标准肾脏算法,改进的肾脏算法可使梯级水库多年平均发电量增加3.2亿kWh(增幅为4.03%)和弃水量减少17.54%。引入的改进策略有效克服了标准肾脏算法的早熟缺陷,提高了种群多样性和收敛速度。