CN115222105A - 考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法及系统，涉及电力系统调度技术领域，其技术方案要点是：建立多任务调度模型；建立风险与效益博弈模型，并将风险与效益博弈模型中风险、效益两主体合作博弈的帕累托效率均衡策略求解问题转换两目标优化求解问题；将帕累托效率均衡策略集合作为初始调度策略；将初始调度策略输入调度仿真模型运行后采集得到调度仿真信息；依据外部效用函数对调度仿真信息进行评价分析，并从帕累托非劣解中选出外部效用值最佳的初始调度策略作为实际调度策略。本发明将多目标优化问题转换为调度风险和效益博弈问题，实现了对多目标优化问题的降维。

Description

考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统调度技术领域，更具体地说，它涉及考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法及系统。
背景技术
日调度模型除了要完成指定的负荷计划任务外，需要根据调度的具体季节特征，在多种任务之间进行平衡。而对多目标均衡问题主要是通过对多目标建模，利用目标降维、采用粒子群算法、遗传算法等启发式算法求解帕累托非劣解集，目标降维可以是目标加权或者把目标转换为约束。
然而，现有多目标均衡问题求解存在如下问题：1、如果采取目标降维，则必须事先给出目标的权重或者给出目标的允许取值范围，在实际的操作中，主观性太强，导致随意性较大；2、采用启发式算法求解多目标优化的非劣解集时，给出的解决方案仍然是多个解，在实际的使用过程中，仍然会面临着如何从多组解中选取一组进行执行的问题，如何进行选择仍然是仍待研究；3、利用启发式算法时，当目标多于两个时，上述算法求解效率较低；4、上述调度问题没有考虑到调度策略本身的风险，而是将风险看做是取值在某个范围内的变量，在取值范围内，将风险同等视之，例如在实际中，即使给出坝前水位取值范围在某个范围，那么在优化时，模型可能偏好采取较高或者偏好采取较低的水位，那么采取较高水位在汛期导致防洪控制的风险显然要比低水位要高；5.当前的调度模型没有考虑决策对未来的影响。
因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法及系统是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法及系统，在调度中引入风险、效益决策方法，将多目标调度问题转换为效益风险合作博弈问题，使得梯级电站调度优化更加符合实际，梯级电站调度的准确度与合理性更好。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
第一方面，提供了考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法，包括以下步骤：
依据多个大坝状态、电力负荷计划、未来来水预测和时间因素建立对应时段内的多任务调度模型；
根据多任务调度模型中的调度任务类型建立相应的风险与效益博弈模型，并将风险与效益博弈模型中风险、效益两主体合作博弈的帕累托效率均衡策略求解问题转换两目标优化求解问题；
利用NSGA-III算法求解博弈的帕累托效率均衡策略集合，并将帕累托效率均衡策略集合作为初始调度策略；
根据调度场景建立相应的调度仿真模型，并将初始调度策略输入调度仿真模型运行后采集得到调度仿真信息；
依据预构建的外部效用函数对调度仿真信息进行评价分析，并从帕累托非劣解中选出外部效用值最佳的初始调度策略作为实际调度策略。
进一步的，所述调度场景依据时间特征划分为汛期调度和枯期调度。
进一步的，所述汛期调度的风险与效益矛盾是蓄水和防洪的矛盾。
进一步的，所述枯期调度的风险与效益矛盾是耗水率与消落风险的矛盾。
进一步的，所述汛期调度对应的风险与效益博弈模型具体为：
汛期效益方，在给定发电负荷计划的情况下，梯级电站群总出库流量之和越小，汛期效益方收益越大；
汛期风险方，用梯级电站群的坝前水位安全冗余量度量，低于安全水位越多，安全冗余量越大，风险越小，风险方的收益就越大。
进一步的，所述枯期调度对应的风险与效益博弈模型具体为：
枯期效益方，在梯级电站群的综合耗水率越小越好，以所有电站总的发电水除以总的发电量得到综合耗水率；
枯期风险方，定义与电站周坝前水位规划目标的差异作为枯期风险的度量，偏差越大，风险越大。
进一步的，所述汛期调度对应的两目标优化求解问题的目标函数具体为：
Figure BDA0003712253790000031
Figure BDA0003712253790000032
Figure BDA0003712253790000033
其中，g1表示汛期调度的第一优化目标，
Figure BDA0003712253790000034
表示选取一组数据s1，q1，s2，q2，s3，q3输入后所产生的多个计算值的最小值，
Figure BDA0003712253790000035
表示选取以多组不同数据s1，q1，s2，q2，s3，q3输入后得到的多个最小值中的最大值；g2表示汛期调度的第二优化目标，
Figure BDA0003712253790000036
表示选取多组不同数据s1，q1，s2，q2，s3，q3输入后所得到的多个计算值的最小值；s.t表示约束条件，C1-C12表示不同的约束条件；i表示电站编号，i取值为1表示梯级电站群最上游的第1级电站，i取值为2表示梯级电站群中游的第2级电站，i取值为3表示梯级电站群下游的第3级电站；qi表示第i级电站的发电流量；hi表示第i级电站的坝前水位；si表示第i级电站的弃水流量，pi表示第i级电站的出力；s1表示第1级电站的弃水流量，p1表示第1级电站的出力；q1表示第1级电站的发电流量；s2表示第2级电站的弃水流量；p2表示第2级电站的出力；q2表示第2级电站的发电流量；s3表示第3级电站的弃水流量；p3表示第3级电站的出力；q3表示第3级电站的发电流量；dsi表示第i级电站调整后的弃水流量；H i表示第i级电站的最低坝前水位；
Figure BDA0003712253790000041
表示第i级电站的最高水位；q i表示第i级电站的最低发电流量；
Figure BDA0003712253790000042
表示第i级电站的最大发电流量；si 表示电站第i级电站开启闸门时的最低弃水流量；Q i表示第i级电站的最低出库流量；
Figure BDA0003712253790000043
表示第i级电站的最大出库流量；Pdaily_plan_pwr表示梯级电站群总规划出力；nhqi表示第i级电站的出力函数；I1表示第1级电站的入库总流量；Ij表示第j级电站的总入库流量；Aj表示第j级电站的自然产流入库流量；sj-1表示第j-1级电站的弃水流量；qf-1表示第j-1级电站的发电流量；V1 0表示第1级电站的期初库容；Vx1第1级电站的期末库容；
Figure BDA0003712253790000044
表示第j级电站的期初库容；
Figure BDA0003712253790000045
表示第j级电站的期末库容；sj表示第j级电站的弃水流量；qj表示第j级电站的发电流量；bi表示第i级电站的尾水水位；fi 1表示根据第i级电站的库容计算坝前水位的函数，该函数根据该第i级电站的实验数据拟合得到；fi 2表示根据发电流量和弃水流量计算尾水水位的函数，该函数根据电站i的实验数据拟合得到。
进一步的，所述枯期调度对应的两目标优化求解问题的目标函数具体为：
Figure BDA0003712253790000051
Figure BDA0003712253790000052
Figure BDA0003712253790000053
其中，g3表示枯期调度的第一优化目标，
Figure BDA0003712253790000054
表示选取一组数据s1，q1，s2，q2，s3，q3输入后所产生的多个计算值的最小值，
Figure BDA0003712253790000055
表示选取以多组不同数据s1，q1，s2，q2，s3，q3输入后得到的多个最小值中的最大值；g4表示枯期调度的第二优化目标，
Figure BDA0003712253790000061
表示选取多组不同数据s1，q1，s2，q2，s3，q3输入后所得到的多个计算值的最小值；s.t表示约束条件，C1-C12表示不同的约束条件；i表示电站编号，i取值为1表示梯级电站群最上游的第1级电站，i取值为2表示梯级电站群中游的第2级电站，i取值为3表示梯级电站群下游的第3级电站；qi表示第i级电站的发电流量；Hi，weeklt表示第i级电站的周坝前水位目标；hi表示第i级电站的坝前水位；fi表示第i级电站通过期初水位、发电流量弃水流量和入库流量计算水库的期末坝前水位的函数；si表示第i级电站的弃水流量；pi表示第i级电站的出力；s1表示第1级电站的弃水流量，p1表示第1级电站的出力；q1表示第1级电站的发电流量；s2表示第2级电站的弃水流量；p2表示第2级电站的出力；q2表示第2级电站的发电流量；s3表示第3级电站的弃水流量；p3表示第3级电站的出力；q3表示第3级电站的发电流量；dsi表示第i级电站调整后的弃水流量；H i表示第i级电站的最低坝前水位；
Figure BDA0003712253790000067
表示第i级电站的最高水位；q i表示第i级电站的最低发电流量；
Figure BDA0003712253790000063
表示第i级电站的最大发电流量；si 表示电站第i级电站开启闸门时的最低弃水流量；Q i表示第i级电站的最低出库流量；
Figure BDA0003712253790000064
表示第i级电站的最大出库流量；Pdaily_plan_pwr表示梯级电站群总规划出力；nhqi表示第i级电站的出力函数；I1表示第1级电站的入库总流量；Ij表示第j级电站的总入库流量；Aj表示第j级电站的自然产流入库流量；sj-1表示第j-1级电站的弃水流量；qj-1表示第j-1级电站的发电流量；V1 0表示第1级电站的期初库容；V1 1第1级电站的期末库容；
Figure BDA0003712253790000065
表示第j级电站的期初库容；
Figure BDA0003712253790000066
表示第j级电站的期末库容；sj表示第j级电站的弃水流量；qj表示第j级电站的发电流量；bi表示第i级电站的尾水水位；fi 1表示根据第i级电站的库容计算坝前水位的函数，该函数根据该第i级电站的实验数据拟合得到；fi 2表示根据发电流量和弃水流量计算尾水水位的函数，该函数根据电站i的实验数据拟合得到。
进一步的，所述外部效用函数的构建过程具体为：利用未来的流域来水概率预测和未来的负荷预测，并采取蒙特卡洛模拟方法估计当前决策对未来长期目标达成度影响，构建得到外部效用函数。
第二方面，提供了考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化系统，包括：
调度建立模块，用于依据多个大坝状态、电力负荷计划、未来来水预测和时间因素建立对应时段内的多任务调度模型；
博弈转换模块，用于根据多任务调度模型中的调度任务类型建立相应的风险与效益博弈模型，并将风险与效益博弈模型中风险、效益两主体合作博弈的帕累托效率均衡策略求解问题转换两目标优化求解问题；
博弈求解模块，用于利用NSGA-III算法求解博弈的帕累托效率均衡策略集合，并将帕累托效率均衡策略集合作为初始调度策略；
调度仿真模块，用于根据调度场景建立相应的调度仿真模型，并将初始调度策略输入调度仿真模型运行后采集得到调度仿真信息；
评价分析模块，用于依据预构建的外部效用函数对调度仿真信息进行评价分析，并从帕累托非劣解中选出外部效用值最佳的初始调度策略作为实际调度策略。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提出的考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法，将多目标优化问题转换为调度风险和效益博弈问题，实现了对多目标优化问题的降维；
2、本发明提出的考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法，在调度中引入风险、效益相互博弈，得到的调度策略具有帕累托最优特性；
3、本发明引入了外部效用函数、未来的流域入库流量预测和未来的负荷预测信息，并采取蒙特卡洛模拟方法估计博弈均衡策略决策对未来调度的影响，解决了策略的未来影响的量化评估，得到的调度策略具有未来影响效益最佳的特性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是本发明实施例中的流程图；
图2是本发明实施例中的系统框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：依据多个大坝状态、电力负荷计划、未来来水预测和时间因素建立对应时段内的多任务调度模型；多任务调度模型采用现有技术进行建立，在此不作过多赘述；
S2：根据多任务调度模型中的调度任务类型建立相应的风险与效益博弈模型，并将风险与效益博弈模型中风险、效益两主体合作博弈的帕累托效率均衡策略求解问题转换两目标优化求解问题；调度任务类型分为风险管理任务和提升效益任务；
S3：利用NSGA-III算法求解博弈的帕累托效率均衡策略集合，并将帕累托效率均衡策略集合作为初始调度策略；其中，NSGA为一种改进的遗传算法，目前已改进指第三代，即为NSGA-III算法；
S4：根据调度场景建立相应的调度仿真模型，并将初始调度策略输入调度仿真模型运行后采集得到调度仿真信息；
S5：依据预构建的外部效用函数对调度仿真信息进行评价分析，并从帕累托非劣解中选出外部效用值最佳的初始调度策略作为实际调度策略。
调度场景依据时间特征划分为汛期调度和枯期调度。其中，汛期调度的风险与效益矛盾是蓄水和防洪的矛盾。枯期调度的风险与效益矛盾是耗水率与消落风险的矛盾。
具体的，汛期调度对应的风险与效益博弈模型具体为：汛期效益方，在给定发电负荷计划的情况下，梯级电站群总出库流量之和越小，汛期效益方收益越大；汛期风险方，用梯级电站群的坝前水位安全冗余量度量，低于安全水位越多，安全冗余量越大，风险越小，风险方的收益就越大。
枯期调度对应的风险与效益博弈模型具体为：枯期效益方，在梯级电站群的综合耗水率越小越好，以所有电站总的发电水除以总的发电量得到综合耗水率；枯期风险方，定义与电站周坝前水位规划目标的差异作为枯期风险的度量，偏差越大，风险越大。
效益方和风险方的动作集合一致，在博弈的过程中，假设按照二者动作的平均，作为系统执行动作，在实际的过程中，因为风险方和效益方都属于一个系统，即都属于同一个集团，假设集团会根据期末调度综合评价，给效益方和风险方一定的奖惩，即决策主体有共同的利益，因此，可将问题转换为一个合作博弈问题，通过风险决策方和效益决策方共同合作，来实现整个系统的效益最大化。
而在两个博弈主体的合作博弈中，博弈均衡一定是帕累托最优的，因为如果不是的话，则意味着存在一方在不伤害对方的前提下，有进一步提升的空间，无论是风险方抑或效益方的提升，都意味着系统综合效益有所提升，即要么在效益不变的前提下，风险相对以前有所降低；或在风险不变的前提下，效益较以前所有提升；或者二者均有提升；因此，两博弈主体的合作博弈可以转换为多目标优化问题，但是注意的是，如果博弈主体多于两个，则会存在“小团体”，此时合作博弈问题就不一定能转换为多目标优化问题。
具体的，汛期调度对应的两目标优化求解问题的目标函数具体为：
Figure BDA0003712253790000091
Figure BDA0003712253790000092
Figure BDA0003712253790000093
其中，g1表示汛期调度的第一优化目标，
Figure BDA0003712253790000094
表示选取一组数据s1，q1，s2，q2，s3，q3输入后所产生的多个计算值的最小值，
Figure BDA0003712253790000095
表示选取以多组不同数据s1，q1，s2，q2，s3，q3输入后得到的多个最小值中的最大值；g2表示汛期调度的第二优化目标，
Figure BDA0003712253790000101
表示选取多组不同数据s1，q1，s2，q2，s3，q3输入后所得到的多个计算值的最小值；s.t表示约束条件，C1-C12表示不同的约束条件；i表示电站编号，i取值为1表示梯级电站群最上游的第1级电站，i取值为2表示梯级电站群中游的第2级电站，i取值为3表示梯级电站群下游的第3级电站；qi表示第i级电站的发电流量；hi表示第i级电站的坝前水位；si表示第i级电站的弃水流量，pi表示第i级电站的出力；s1表示第1级电站的弃水流量，p1表示第1级电站的出力；q1表示第1级电站的发电流量；s2表示第2级电站的弃水流量；p2表示第2级电站的出力；q2表示第2级电站的发电流量；s3表示第3级电站的弃水流量；p3表示第3级电站的出力；q3表示第3级电站的发电流量；dsi表示第i级电站调整后的弃水流量；H i表示第i级电站的最低坝前水位；
Figure BDA0003712253790000102
表示第i级电站的最高水位；q i表示第i级电站的最低发电流量；
Figure BDA0003712253790000103
表示第i级电站的最大发电流量；si 表示电站第i级电站开启闸门时的最低弃水流量；Q i表示第i级电站的最低出库流量；
Figure BDA0003712253790000104
表示第i级电站的最大出库流量；Pdaily_plan_pwr表示梯级电站群总规划出力；nhqi表示第i级电站的出力函数；I1表示第1级电站的入库总流量；Ij表示第j级电站的总入库流量；Aj表示第j级电站的自然产流入库流量；sj-1表示第j-1级电站的弃水流量；qj-1表示第j-1级电站的发电流量；V1 0表示第1级电站的期初库容；V1 1第1级电站的期末库容；
Figure BDA0003712253790000105
表示第j级电站的期初库容；
Figure BDA0003712253790000106
表示第j级电站的期末库容；sj表示第j级电站的弃水流量；qj表示第j级电站的发电流量；bi表示第i级电站的尾水水位；fi 1表示根据第i级电站的库容计算坝前水位的函数，该函数根据该第i级电站的实验数据拟合得到；fi 2表示根据发电流量和弃水流量计算尾水水位的函数，该函数根据电站i的实验数据拟合得到。
具体的，g1是汛期调度的第一优化目标，表示汛期的风险指标，汛期水位越接近电站允许的最大水位，风险越大，多个电站群的水位风险根据“木桶效应原理”，取决于风险最大的那个电站的风险，也就是水位离该水电站最大水位最近的电站，即
Figure BDA0003712253790000111
然后以该风险最低作为调度目标，从而可降低梯级电站群的风险管理的短板。
g2表示汛期的效益指标，汛期由于水量充足，常常发生弃水，当给定未来总出力计划时，如何降低弃水，是电站首要追求的效益指标，因此，将三个电站的总弃水量最小作为效益优化目标。
每一组输入数据s1、q1、s2、q2、s3、q3在输入计算过程中，都能够得到多组
Figure BDA0003712253790000112
hi数据。在汛期调度中，先求解同一组输入数据中不同组
Figure BDA0003712253790000113
hi数据的差值，选取多个差值的最小值作为求解目标；然后求解不同组输入数据所选取的最小值中的最大值进行作为求解目标，以上为汛期调度第一个目标优化求解问题。此外，每一组输入数据s1、q1、s2、q2、s3、q3在输入计算过程中，以dsi、qi之和最小作为第二个目标优化求解问题，最后结合约束条件即可实现汛期调度对应的两目标优化求解问题。
此外，枯期调度对应的两目标优化求解问题的目标函数具体为：
Figure BDA0003712253790000121
Figure BDA0003712253790000122
Figure BDA0003712253790000123
其中，g3表示枯期调度的第一优化目标，
Figure BDA0003712253790000124
表示选取一组数据s1，q1，s2，q2，s3，q3输入后所产生的多个计算值的最小值，
Figure BDA0003712253790000125
表示选取以多组不同数据s1，q1，s2，q2，s3，q3输入后得到的多个最小值中的最大值；g4表示枯期调度的第二优化目标，
Figure BDA0003712253790000131
表示选取多组不同数据s1，q1，s2，q2，s3，q3输入后所得到的多个计算值的最小值；s.t表示约束条件，C1-C12表示不同的约束条件；i表示电站编号，i取值为1表示梯级电站群最上游的第1级电站，i取值为2表示梯级电站群中游的第2级电站，i取值为3表示梯级电站群下游的第3级电站；qi表示第i级电站的发电流量；Hi，weekly表示第i级电站的周坝前水位目标；hi表示第i级电站的坝前水位；fi表示第i级电站通过期初水位、发电流量弃水流量和入库流量计算水库的期末坝前水位的函数；si表示第i级电站的弃水流量；pi表示第i级电站的出力；s1表示第1级电站的弃水流量，p1表示第1级电站的出力；q1表示第1级电站的发电流量；s2表示第2级电站的弃水流量；p2表示第2级电站的出力；q2表示第2级电站的发电流量；s3表示第3级电站的弃水流量；p3表示第3级电站的出力；q3表示第3级电站的发电流量；dsi表示第i级电站调整后的弃水流量；H i表示第i级电站的最低坝前水位；
Figure BDA0003712253790000132
表示第i级电站的最高水位；q i表示第i级电站的最低发电流量；
Figure BDA0003712253790000133
表示第i级电站的最大发电流量；si 表示电站第i级电站开启闸门时的最低弃水流量；Q i表示第i级电站的最低出库流量；
Figure BDA0003712253790000134
表示第i级电站的最大出库流量；Pdaily_plan_pwr表示梯级电站群总规划出力；nhqi表示第i级电站的出力函数；I1表示第1级电站的入库总流量；Ij表示第j级电站的总入库流量；Aj表示第j级电站的自然产流入库流量；sj-1表示第j-1级电站的弃水流量；qj-1表示第j-1级电站的发电流量；V1 0表示第1级电站的期初库容；V1 1第1级电站的期末库容；
Figure BDA0003712253790000135
表示第j级电站的期初库容；
Figure BDA0003712253790000136
表示第j级电站的期末库容；sj表示第j级电站的弃水流量；qj表示第j级电站的发电流量；bi表示第i级电站的尾水水位；fi 1表示根据第i级电站的库容计算坝前水位的函数，该函数根据该第i级电站的实验数据拟合得到；fi 2表示根据发电流量和弃水流量计算尾水水位的函数，该函数根据电站i的实验数据拟合得到。
具体的，g3表示枯期调度的第一优化目标，其含义表示利用与周水位目标的偏差值作为水位风险度量，与周水位的偏差越大，风险越大，根据木桶效应原理，多个电站的风险取决于风险最大的那个电站，即偏差最大的那个电站，所以首先找出偏差最大的电站，即
Figure BDA0003712253790000141
然后将其最小化作为调度目标，从而达到处理风险管理中的短板问题。
g4表示枯期调度的第二优化目标，代表枯期的效益指标，即单位出力的加权发电流量，该值越小，发电效率越高；由于枯期原则上不允许弃水，因此，利用tanh函数构建了一个取值在[1，2]之间的惩罚乘子，当没有弃水时，不惩罚，惩罚乘子取值为1，当有弃水时惩罚乘子大于1，但是其值不会超过2。
当前的调度策略要使得未来给定时间的主要任务能顺利完成，但是，未来由于受不确定性影响，需要结合未来的不确定性影响因子，进行目标任务完成度的概率评估。所以，利用未来的流域来水概率预测和未来的负荷预测，并采取蒙特卡洛模拟方法估计当前决策对未来长期目标达成度影响，构建得到外部效用函数。外部效用函数可将调度策略量化为风险收益特征，实现了对调度仿真信息的精准分析。
实施例2：考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化系统，该方法可实现实施例1记载的考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法，如图2所示，包括调度建立模块、博弈转换模块、博弈求解模块、调度仿真模块和评价分析模块。
其中，调度建立模块，用于依据多个大坝状态、电力负荷计划、未来来水预测和时间因素建立对应时段内的多任务调度模型。博弈转换模块，用于根据多任务调度模型中的调度任务类型建立相应的风险与效益博弈模型，并将风险与效益博弈模型中风险、效益两主体合作博弈的帕累托效率均衡策略求解问题转换两目标优化求解问题。博弈求解模块，用于利用NSGA-III算法求解博弈的帕累托效率均衡策略集合，并将帕累托效率均衡策略集合作为初始调度策略。调度仿真模块，用于根据调度场景建立相应的调度仿真模型，并将初始调度策略输入调度仿真模型运行后采集得到调度仿真信息。评价分析模块，用于依据预构建的外部效用函数对调度仿真信息进行评价分析，并从帕累托非劣解中选出外部效用值最佳的初始调度策略作为实际调度策略。
工作原理：本发明将多目标优化问题转换为调度风险和效益博弈问题，实现了对多目标优化问题的降维；此外，在调度中引入风险、效益决策方法，将多目标调度问题转换为效益风险合作博弈问题，无论是风险方或效益方的提升，都意味着综合效益有所提升，即要么在效益不变的前提下，风险相对以前有所降低；或在风险不变的前提下，效益较以前所有提升；又或者二者均有提升，使得梯级电站调度优化更加符合实际，梯级电站调度的准确度与合理性更好。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法，其特征是，包括以下步骤：
依据多个大坝状态、电力负荷计划、未来来水预测和时间因素建立对应时段内的多任务调度模型；
根据多任务调度模型中的调度任务类型建立相应的风险与效益博弈模型，并将风险与效益博弈模型中风险、效益两主体合作博弈的帕累托效率均衡策略求解问题转换两目标优化求解问题；
利用NSGA-III算法求解博弈的帕累托效率均衡策略集合，并将帕累托效率均衡策略集合作为初始调度策略；
根据调度场景建立相应的调度仿真模型，并将初始调度策略输入调度仿真模型运行后采集得到调度仿真信息；
依据预构建的外部效用函数对调度仿真信息进行评价分析，并从帕累托非劣解中选出外部效用值最佳的初始调度策略作为实际调度策略。
2.根据权利要求1所述的考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法，其特征是，所述调度场景依据时间特征划分为汛期调度和枯期调度。
3.根据权利要求2所述的考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法，其特征是，所述汛期调度的风险与效益矛盾是蓄水和防洪的矛盾。
4.根据权利要求2所述的考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法，其特征是，所述枯期调度的风险与效益矛盾是耗水率与消落风险的矛盾。
5.根据权利要求2所述的考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法，其特征是，所述汛期调度对应的风险与效益博弈模型具体为：
汛期效益方，在给定发电负荷计划的情况下，梯级电站群总出库流量之和越小，汛期效益方收益越大；
汛期风险方，用梯级电站群的坝前水位安全冗余量度量，低于安全水位越多，安全冗余量越大，风险越小，风险方的收益就越大。
6.根据权利要求2所述的考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法，其特征是，所述枯期调度对应的风险与效益博弈模型具体为：
枯期效益方，在梯级电站群的综合耗水率越小越好，以所有电站总的发电水除以总的发电量得到综合耗水率；
枯期风险方，定义与电站周坝前水位规划目标的差异作为枯期风险的度量，偏差越大，风险越大。
7.根据权利要求2所述的考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法，其特征是，所述汛期调度对应的两目标优化求解问题的目标函数具体为：
Figure FDA0003712253780000021
Figure FDA0003712253780000022
Figure FDA0003712253780000023
其中，g1表示汛期调度的第一优化目标，
Figure FDA0003712253780000024
表示选取一组数据s1，q1，s2，q2，s3，q3输入后所产生的多个计算值的最小值，
Figure FDA0003712253780000025
表示选取以多组不同数据s1，q1，s2，q2，s3，q3输入后得到的多个最小值中的最大值；g2表示汛期调度的第二优化目标，
Figure FDA0003712253780000026
表示选取多组不同数据s1，q1，s2，q2，s3，q3输入后所得到的多个计算值的最小值；S.t表示约束条件，C1-C12表示不同的约束条件；i表示电站编号，i取值为1表示梯级电站群最上游的第1级电站，i取值为2表示梯级电站群中游的第2级电站，i取值为3表示梯级电站群下游的第3级电站；qi表示第i级电站的发电流量；hi表示第i级电站的坝前水位；si表示第i级电站的弃水流量，pi表示第i级电站的出力；s1表示第1级电站的弃水流量，p1表示第1级电站的出力；q1表示第1级电站的发电流量；s2表示第2级电站的弃水流量；p2表示第2级电站的出力；q2表示第2级电站的发电流量；s3表示第3级电站的弃水流量；p3表示第3级电站的出力；q3表示第3级电站的发电流量；dsi表示第i级电站调整后的弃水流量；H i表示第i级电站的最低坝前水位；
Figure FDA0003712253780000031
表示第i级电站的最高水位；q i表示第i级电站的最低发电流量；
Figure FDA0003712253780000032
表示第i级电站的最大发电流量；Si 表示电站第i级电站开启闸门时的最低弃水流量；Q i表示第i级电站的最低出库流量；
Figure FDA0003712253780000033
表示第i级电站的最大出库流量；Pdaily_plan_pwr表示梯级电站群总规划出力；nhqi表示第i级电站的出力函数；I1表示第1级电站的入库总流量；Ij表示第j级电站的总入库流量；Aj表示第j级电站的自然产流入库流量；sj-1表示第j-1级电站的弃水流量；qj-1表示第j-1级电站的发电流量；Vi 0表示第1级电站的期初库容；V1 1第1级电站的期末库容；
Figure FDA0003712253780000034
表示第j级电站的期初库容；
Figure FDA0003712253780000035
表示第j级电站的期末库容；sj表示第j级电站的弃水流量；qj表示第j级电站的发电流量；bi表示第i级电站的尾水水位；fi 1表示根据第i级电站的库容计算坝前水位的函数，该函数根据该第i级电站的实验数据拟合得到；fi 2表示根据发电流量和弃水流量计算尾水水位的函数，该函数根据电站i的实验数据拟合得到。
8.根据权利要求2所述的考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法，其特征是，所述枯期调度对应的两目标优化求解问题的目标函数具体为：
Figure FDA0003712253780000041
Figure FDA0003712253780000042
Figure FDA0003712253780000043
其中，g3表示枯期调度的第一优化目标，
Figure FDA0003712253780000044
表示选取一组数据s1，q1，s2，q2，s3，q3输入后所产生的多个计算值的最小值，
Figure FDA0003712253780000045
表示选取以多组不同数据s1，q1，s2，q2，s3，q3输入后得到的多个最小值中的最大值；g4表示枯期调度的第二优化目标，
Figure FDA0003712253780000051
表示选取多组不同数据s1，q1，s2，q2，s3，q3输入后所得到的多个计算值的最小值；S.t表示约束条件，C1-C12表示不同的约束条件；i表示电站编号，i取值为1表示梯级电站群最上游的第1级电站，i取值为2表示梯级电站群中游的第2级电站，i取值为3表示梯级电站群下游的第3级电站；qi表示第i级电站的发电流量；Hi，weekly表示第i级电站的周坝前水位目标；hi表示第i级电站的坝前水位；fi表示第i级电站通过期初水位、发电流量弃水流量和入库流量计算水库的期末坝前水位的函数；si表示第i级电站的弃水流量；pi表示第i级电站的出力；s1表示第1级电站的弃水流量，p1表示第1级电站的出力；q1表示第1级电站的发电流量；s2表示第2级电站的弃水流量；p2表示第2级电站的出力；q2表示第2级电站的发电流量；s3表示第3级电站的弃水流量；p3表示第3级电站的出力；q3表示第3级电站的发电流量；dsi表示第i级电站调整后的弃水流量；H i表示第i级电站的最低坝前水位；
Figure FDA0003712253780000052
表示第i级电站的最高水位；q i表示第i级电站的最低发电流量；
Figure FDA0003712253780000053
表示第i级电站的最大发电流量；si 表示电站第i级电站开启闸门时的最低弃水流量；Q i表示第i级电站的最低出库流量；
Figure FDA0003712253780000054
表示第i级电站的最大出库流量；Pdaily_plan_pwr表示梯级电站群总规划出力；nhqi表示第i级电站的出力函数；I1表示第1级电站的入库总流量；Ij表示第j级电站的总入库流量；Aj表示第j级电站的自然产流入库流量；Sj-1表示第j-1级电站的弃水流量；qj-1表示第j-1级电站的发电流量；V1 0表示第1级电站的期初库容；V1 1第1级电站的期末库容；
Figure FDA0003712253780000055
表示第j级电站的期初库容；
Figure FDA0003712253780000056
表示第j级电站的期末库容；sj表示第j级电站的弃水流量；qj表示第j级电站的发电流量；bi表示第i级电站的尾水水位；fi 1表示根据第i级电站的库容计算坝前水位的函数，该函数根据该第i级电站的实验数据拟合得到；fi 2表示根据发电流量和弃水流量计算尾水水位的函数，该函数根据电站i的实验数据拟合得到。
9.根据权利要求1所述的考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化方法，其特征是，所述外部效用函数的构建过程具体为：利用未来的流域来水概率预测和未来的负荷预测，并采取蒙特卡洛模拟方法估计当前决策对未来长期目标达成度影响，构建得到外部效用函数。
10.考虑风险和效益博弈均衡的梯级电站调度优化系统，其特征是，包括：
调度建立模块，用于依据多个大坝状态、电力负荷计划、未来来水预测和时间因素建立对应时段内的多任务调度模型；
博弈转换模块，用于根据多任务调度模型中的调度任务类型建立相应的风险与效益博弈模型，并将风险与效益博弈模型中风险、效益两主体合作博弈的帕累托效率均衡策略求解问题转换两目标优化求解问题；
博弈求解模块，用于利用NSGA-III算法求解博弈的帕累托效率均衡策略集合，并将帕累托效率均衡策略集合作为初始调度策略；
调度仿真模块，用于根据调度场景建立相应的调度仿真模型，并将初始调度策略输入调度仿真模型运行后采集得到调度仿真信息；
评价分析模块，用于依据预构建的外部效用函数对调度仿真信息进行评价分析，并从帕累托非劣解中选出外部效用值最佳的初始调度策略作为实际调度策略。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117854287A (zh) * 2024-03-08 2024-04-09 山东高速股份有限公司 一种高速公路的效率与效益平衡方法及系统
CN117910711A (zh) * 2024-03-20 2024-04-19 长江水利委员会长江科学院 均衡风险与效益的汛期水位智能动态控制模型的构建方法

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