水庫多目標優(yōu)化調(diào)度理論和應用研究

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1、水庫多目標優(yōu)化調(diào)度理論和應用研究ok3in,t;Qxmax,t)對決策變量供水量qt進行所有狀態(tài)優(yōu)選計算時,還要進行庫水位限制的檢查判別,若時段末蓄水量V2大于允許的最高蓄水位或限制水位,則在水庫蓄滿前供水量仍按qt放水計算,當水庫蓄滿后則按入庫水量供水。當入庫水量大于電廠最大過水能力時,超過部分作為棄水(4)狀態(tài)轉(zhuǎn)移:水庫狀態(tài)和調(diào)度圖形式有關(guān),因考慮當時入庫徑流和短期徑流因素,水庫調(diào)度中將一年劃分為K個時段,每個時段由時段初庫水位Z初和時段流量Qt組成水庫的運行狀態(tài),而每一種狀態(tài)有一個相應的決策變量供水流量

2、qt,用函數(shù)關(guān)系表示為:qt=q(Z初,Qt,tk)(7)tk為時段數(shù),每一個決策就有一個相應的時段末庫水位,水庫進行了狀態(tài)轉(zhuǎn)移,若將水庫的水位劃分為Z級,徑流劃分為M級。一個時段的水庫面臨狀態(tài)有Z×M種,全年水庫運行狀態(tài)有K×Z×M種,水庫優(yōu)化調(diào)度圖就是對全年各種運行狀態(tài)作出相應決策變量的關(guān)系圖。由式(7)可知,當時段tk的初始庫水位和徑流量已定時,時段的最優(yōu)決策供水量是一個定值,因而下一時段tK+1的初始庫水位(即時段tk末的水位)也就是一個確定值。由于下一時段tK+1的徑流不是一個確定值,而是依時段tK的

3、徑流Qt變化的隨機值,其值由條件概率分布函數(shù)(彈性相關(guān))決策。因此,水庫在時段tK處于狀態(tài)i,而時段tK+1處于狀態(tài)j的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率為Pkij,則有,而矩陣Pk=(Pkij)則表示從時段tK到時段tK+1的水庫狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣,Pk完全由時段tK的調(diào)度方式和徑流狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣決定。經(jīng)過多年運行后,水庫的運行狀態(tài)達到一個穩(wěn)定的概率分布(5)效益函數(shù):水庫進行狀態(tài)轉(zhuǎn)移,伴隨著產(chǎn)生了效益函數(shù)(包括了工業(yè)用水、生活用水、灌溉用水、發(fā)電用水及三個保證率)其中灌溉用水:因灌溉需水量每年、每月、每天都不相同,因此是隨機變量,極

4、難編制計算機程序計算,故首次引入《農(nóng)田水利學》的“有效雨量”概念,使整個優(yōu)化計算大大簡化,完全解決了水量平衡問題,整個優(yōu)化計算,水量平衡達到100%有效雨量的計算:從水庫灌區(qū)試驗站獲取資料Mij即從1952~1999年歷年(i=1952~1999,j為第i年各月(或旬))的灌溉定額(是由歷年灌溉試驗站實測作物需水量采用通用電算程序計算出的),而Mmax是48年中最枯水年的灌溉定額。Mmax-Mij=P0ij,i=1952,…,1999,j=1,…,12,逐一列表進行計算。把每年每月的有效雨量加到每年每月的來水量

5、Qt中,因Mmax是常數(shù),所以僅有隨機變量Mij。其數(shù)學表達式如下:Cixj=Aixj-Bixj,即:(8)式中Cij為i年系列j時段(月)的有效雨量,aij為i年系列j時段農(nóng)作物需水量(j可按日計算后歸納成各農(nóng)作物生長期所需水量,再換算成月)。bij為i年系列j時段各類農(nóng)作物綜合灌溉水量。(6)目標函數(shù):根據(jù)水庫水資源不足的具體情況,擬定在滿足生活用水和工業(yè)用水保證率的條件下,盡量滿足農(nóng)業(yè)用水。目標函數(shù)可表示為:滿足用水量保證率條件下供水量最大。目標函數(shù)計算可用下列分段線性函數(shù)求得:f(st,qt)=qtQx

6、max≥qt≥Qxmin(9)f(st,qt)=qt+CA(qt-Qxmin)Qxmin≥qt≥QDminf(st,qt)=Qxmax+CE(qt-Qxmax)QDmax≥qt≥Qxmax式中:qt為水庫供水量,QDmin為系統(tǒng)供水下限,即保證城市生活用水和工業(yè)用水的下限;Qxmin為農(nóng)業(yè)保證供水量與QDmin之和;QDmax為電廠的最大過水能力;Qxmax為農(nóng)業(yè)供水量上限與QDmin之和;CE為發(fā)電專用水量小于Qxmin時的折算系數(shù),CA為供水量小于Qxmin時的折算系數(shù),在計算中,可先任意假設(shè)CA、CE,C

7、A、CE與Qxmin的保證率成正比。給定一個CA、CE就可遞推得出一張優(yōu)化調(diào)度圖,用水庫多年入庫流量資料按調(diào)度圖進行歷時操作計算,若計算結(jié)果所得保證率低于要求的保證率,則修改CA、CE重新遞推計算(一般遞推2~3次即可),求得另一優(yōu)化調(diào)度圖,再進行歷時操作,直至所得保證率符合要求為止。即經(jīng)過試算選擇滿足保證率要求的CA、CE值。2.2動態(tài)規(guī)劃遞推方程以qt為t階段的決策變量,St(Zt-1,Qt)為t階段的狀態(tài)變量,則其逆時序動態(tài)規(guī)劃最優(yōu)遞推方程為:Ft(St,qt)=max{ft(St,qt)+Ft+1(St

8、+1)}qt∈Qtt=1,2,…,N[1][2][3]下一頁ok3in,t≤Vt≤Vmax,t,即各時段的庫水位不低于死水位Vmin,t,也不能超過該時段允許的最高蓄水位Vmax,t。②水量平衡約束Vt+1=Vt+(Qt-qt)·Δt-yt-Et,式中Vt+1、Vt代表時段t末、初的蓄水量;Qt、qt代表t時段平均入庫徑流量和供水量;yt為棄水量,Et為水庫蒸發(fā)滲漏損失。③供水約束和輸