水電能源系統(tǒng)優(yōu)化問題中的數(shù)據(jù)挖掘、群智求解和綜合決策.pdf

1、水是生命的源泉，電是社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力。水是人類生活和生產(chǎn)中必不可少的基本物質(zhì)需求，也是重要的能源資源。我國水資源總體上十分豐富，十三大水電基地分布于祖國的大江大河上。由于水的清潔可再生性，水電能源對(duì)減輕化石燃料的依賴并提高對(duì)自然環(huán)境的保護(hù)具有十分重要的作用。然而，自然界水的總量有限，需要在滿足生活需水的基礎(chǔ)上合理利用水能。從廣義角度看，我國水資源又是十分緊缺的。因此，研究合理開發(fā)利用水資源、優(yōu)化配置水電能源的理論、方法與技術(shù)，發(fā)揮水利水電

2、的綜合效益，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和支撐作用。
　　水電能源系統(tǒng)是復(fù)雜巨系統(tǒng)，其優(yōu)化運(yùn)行邊界是多種層次上的多種需求的綜合交集，一直面臨諸多的科學(xué)和工程難題，迫切需要理論突破和技術(shù)攻關(guān)。合理利用與配置有限的水資源，離不開科學(xué)準(zhǔn)確的水文預(yù)報(bào)、水電能源系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行建模與求解、調(diào)度方案多目標(biāo)-多屬性-多層次決策方法。本文僅針對(duì)上述三個(gè)方面問題，在水文水資源分析與預(yù)報(bào)的數(shù)據(jù)挖掘方法、水電能源系統(tǒng)優(yōu)化建模與群智算法求解、綜合考

3、慮多種調(diào)度目標(biāo)-調(diào)度方案多種屬性-調(diào)度主體多種層次的綜合決策理論與方法方面展開研究。
　?。?）合理利用水資源、實(shí)現(xiàn)梯級(jí)水庫群科學(xué)調(diào)度的前提是準(zhǔn)確的徑流預(yù)報(bào)。準(zhǔn)確及時(shí)的水庫入庫徑流預(yù)報(bào)對(duì)于指導(dǎo)水庫調(diào)度具有十分重要的意義。長期以來，在水文科學(xué)領(lǐng)域，如何開展水庫入庫徑流預(yù)報(bào)并提高其預(yù)報(bào)精度，尤其是中長期尺度預(yù)報(bào)一直是個(gè)工程和科學(xué)難題。流域徑流是一個(gè)受多種因素綜合影響的復(fù)雜非線性動(dòng)力學(xué)過程，傳統(tǒng)的線性方法難以對(duì)其有效刻劃。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是

4、具有極強(qiáng)學(xué)習(xí)能力的非線性數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，但用于水文預(yù)報(bào)時(shí)需要選擇有效的預(yù)報(bào)因子并構(gòu)建合適的樣本結(jié)構(gòu)。根據(jù)金沙江流域的地理和資料特點(diǎn)，將反應(yīng)流域徑流的年際間豐枯特性的變量引入預(yù)報(bào)因子，以提高預(yù)報(bào)精度；通過細(xì)化預(yù)報(bào)尺度并改變樣本構(gòu)成，以提高預(yù)見期；在BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法中引入保優(yōu)機(jī)制和動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)因子策略，提高模型參數(shù)學(xué)習(xí)效率和樣本模擬精度；最后通過應(yīng)用金沙江流域?qū)嵗芯繉?duì)所提方法可行性和有效性加以驗(yàn)證。
　?。?）水電能源及互聯(lián)電力系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)

5、度本質(zhì)上是一類非線性約束優(yōu)化問題。很多優(yōu)化方法被前人用于研究和解決該問題，但其又具有很多自身獨(dú)有的特點(diǎn)和難點(diǎn)。該類問題的求解困難之處主要在于：1）目標(biāo)函數(shù)或約束的非線性造成的非凸性；2）決策變量多造成的高維性；3）復(fù)雜約束造成的強(qiáng)約束性和可行域狹窄性。為此，需要研究其優(yōu)化運(yùn)行建模理論與高效求解方法。選取三個(gè)代表性調(diào)度問題，根據(jù)各問題特點(diǎn)探索有效的群體智能求解算法。針對(duì)梯級(jí)水庫群聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調(diào)度問題特點(diǎn)和求解難點(diǎn)，為充分發(fā)揮教學(xué)優(yōu)化算法良

6、好全局尋優(yōu)性能、避免局部尋優(yōu)之不足，提出團(tuán)隊(duì)教學(xué)概念和進(jìn)修機(jī)制，構(gòu)建了團(tuán)隊(duì)進(jìn)修教學(xué)優(yōu)化算法；針對(duì)電力系統(tǒng)節(jié)能減排多目標(biāo)動(dòng)態(tài)調(diào)度求解難點(diǎn)，以及差分進(jìn)化算法在求解高維問題和多目標(biāo)問題時(shí)的不足，提出擴(kuò)展雙選擇算子、動(dòng)態(tài)啟發(fā)約束處理和自適應(yīng)重啟機(jī)制，進(jìn)而構(gòu)建改進(jìn)自適應(yīng)多目標(biāo)差分進(jìn)化算法，提高求解效率和精度；針對(duì)水火混合電力系統(tǒng)聯(lián)合協(xié)調(diào)優(yōu)化問題難點(diǎn)，根據(jù)教學(xué)優(yōu)化算法以及差分進(jìn)化算法的優(yōu)缺點(diǎn)，以教學(xué)優(yōu)化算法作為混合算法主算法，差分進(jìn)化算法作為局部搜

7、索算子，構(gòu)建混合算法，提高整體尋優(yōu)性能。通過分別對(duì)三個(gè)問題展開實(shí)例研究，證實(shí)所提各方法可高效獲取優(yōu)化方案。
　?。?）復(fù)雜水電能源巨系統(tǒng)是多層次組織結(jié)構(gòu)下決策群組的多目標(biāo)調(diào)度對(duì)象。水電能源系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)度需要滿足多種社會(huì)和經(jīng)濟(jì)需求。雖然通過建立具有不同優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型可以在一定程度上有效兼顧到各種調(diào)度需求，但是水電能源系統(tǒng)運(yùn)行往往涉及流域甚至跨流域，水能資源的配置不僅受多調(diào)度主體的約束，還受到多個(gè)層次決策群組的指導(dǎo)和限制。調(diào)度方案

8、的制定既是一個(gè)多準(zhǔn)則決策問題，又是一個(gè)多層次群組決策問題。以我國水庫群調(diào)度管理決策機(jī)構(gòu)間的業(yè)務(wù)流程和邏輯關(guān)系為基礎(chǔ)，提出符合國情和工程實(shí)際的多層次多專家交互決策理論與體系。通過引入社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的多層次決策方法并改造，建立考慮組織結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)多層次交互決策數(shù)學(xué)模型，并給出其求解方法和收斂性說明。最后以三峽-金沙江梯級(jí)水庫群多目標(biāo)防洪調(diào)度方案的制定為對(duì)象，研究和探索適應(yīng)我國水庫群調(diào)度管理機(jī)制和體制要求的科學(xué)決策方法，為未來水能資源優(yōu)化配置科