一种基于正交降维搜索算法的水电站群优化调度方法
【专利摘要】本发明涉及水库调度领域，公开了一种基于正交降维搜索算法的水电站群优化调度方法，其特征是采用一维实数矩阵对水电站群进行编码设计，获取维度n。根据状态离散数目Q及维度n构造相应正交表。由常规优化调度方法获取各水电站初始调度过程，并由状态离散数目计算得到初始搜索步长。根据各水电站当前状态Z1及其搜索步长、所选正交表构造正交试验方案集合，并对各正交试验方案中各电站相应状态进行检查，若发生越界则修正至可行域。采用惩罚函数法计算各试验方案目标函数值，从中选取最优试验方案Z2，若Z2目标函数值优于Z1目标函数，则令Z1＝Z2。缩本发明具有原理清晰简单、计算参数少、收敛速度快、鲁棒性强等优点，可用于水电系统优化调度及水资源优化配置。
【专利说明】一种基于正交降维搜索算法的水电站群优化调度方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于正交降维搜索算法的水电站群优化调度方法，是一种水资源优化调度方法，属于水资源与水电站群优化调度【技术领域】。
技术背景
[0002]截至2013年底，我国水电总装机规模超过2.8亿kW，已形成世界上规模最为庞大复杂的互联水电系统，以南方电网为例，目前集中管理调度的大中型水电站群数目已超过100座，规模如此巨大的水电系统涉及相互制约的海量时空约束和复杂多变的综合利用需求，导致计算规模呈爆炸式增长，维数灾问题日益突出，给各级调度管理部门带来前所未有的新问题和新挑战。传统优化方法如逐步优化算法、离散微分动态规划(DiscreteDifferential Dynamic Program, DDDP)、动态规划逐次逼近法等动态规划改进算法通过减少系统阶段数或状态数实现降维，但在处理大规模水电系统优化调度问题时仍会面临因状态组合过多引发的维数灾问题；遗传算法(Genetic Algorithm, GA)、粒子群算法等智能算法近年来在水电优化调度研究领域得到广泛应用，但普遍存在参数众多、早熟收敛等问题，同时计算结果受问题规模及约束处理方法等影响较大，在实际工程应用中受到一定的限制，因此迫切需要研究适应大规模复杂水电系统切实可行的新型优化调度方法。
[0003]正交试验设计作为一种寻求多因素多水平问题优化试验方案的科学试验方法，其基本工具是运用均衡分布思想和组合数学理论构造得到的正交表。正交表具有如下性质:
(I)每一列(因素)的不同水平在试验中出现的次数相同；(2)任意两列(因素)的不同水平组合组成的有序数对在试验中出现次数相同；(3)若去掉正交表部分列，剩余列仍能组成新的正交表，与原正交表相比仅处理因素数减少，其余性质不变。依据正交表开展试验设计可从全部试验方案中选取具有“均衡分散，整齐可比”性质的部分方案开展试验，在大幅减少试验次数的同时能够全面反映客观事物的变化规律。
[0004]设实验中有F个因素，各因素均有Q个水平，若进行全面组合实验，则需开展Qf组实验；若按照正交表Lm(Qf)安排试验，则只需M组试验。其中Lm(Qf) = (au)MXF，au表示第
Ou-1
i项水平组合(即一种试验方案)中因素j水平，ai；J e {I, 2,…，Q} ； F = ? M = Qu,
u为基本列数，可取任意正整数。表I为4个因素水平数均为3的L9(34)正交表，可以看出:只需开展9次试验即可处理4项均为3水平(1、2、3)的试验因素(1、I1、II1、IV);各因素的不同水平均出现3次；任意两试验因素(1-11、1-1V等)不同水平构成的有序数对(1-1、1-2等)均出现I次。表明利用正交表开展试验不仅能够大幅减少方案数目(全部试验方案数目为34 = 81)，而且可以保证方案的均衡分散性和整齐可比性。
[0005]表I L9 (34)正交表
[0006]
【权利要求】
1.一种基于正交降维搜索算法的水电站群优化调度方法，其特征包括如下步骤， (1)选择参与计算电站并设置相应约束条件，如各电站出力、水位等约束及系统最小出力约束； (2)设置相关计算参数，包括终止精度、状态离散数目Q、最大迭代次数等； (3)采用一维实数矩阵对水电站群进行编码设计，获取维度η; (4)根据状态离散数目Q及维度η构造相应正交表； (5)由常规优化调度方法获取各水电站初始调度过程，并由状态离散数目计算得到初始搜索步长； (6)根据各水电站当前状态Zl及其搜索步长、所选正交表构造正交试验方案集合，并对各正交试验方案中各电站相应状态进行检查，若发生越界则修正至可行域； (7)采用惩罚函数法计算各试验方案目标函数值，从中选取最优试验方案Ζ2，若Z2目标函数值优于Z1目标函数，则令Z1 = Z2; (8)重复步骤￠)-(7)，直至在当前搜索步长下目标函数无改进，即Z1为当前搜索步长下最优解； (9)缩小搜索步长，重复步骤￠)-(8)，直至满足收敛条件后转至步骤(10)； (10)停止计算，输出最优解。
【文档编号】G06Q50/06GK104182806SQ201410416211
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】程春田, 冯仲恺, 牛文静, 廖胜利, 武新宇, 李刚, 申建建 申请人:大连理工大学