一种水电优化调度方法、装置、设备、介质及产品与流程

本发明涉及水电调度，具体涉及一种水电优化调度方法、装置、设备、介质及产品。

背景技术：

1、传统梯级水库调度主要围绕发电效益和防洪安全展开，对泥沙输移与河床冲淤过程关注不足，更缺乏对生态流量的系统保障。部分研究开始将生态流量或含沙量作为附加约束引入调度模型，但单独研究泥沙或生态的方法难以捕捉两者动态耦合关系。同时，现有优化方法在处理高维、多约束、多目标的梯级调度问题时，面临初始可行解生成困难、种群多样性不足、计算耗时长等瓶颈，难以兼顾工程可行性、生态保护与计算效率。

技术实现思路

1、本发明提供了一种水电优化调度方法、装置、设备、介质及产品，以解决传统梯级水库调度中水沙过程与生态响应相互割裂、难以实现多目标协同优化的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种水电优化调度方法，包括：

3、获取表征梯级水库当前时刻运行状态的运行状态数据集，以及未来多个时刻的来水预报数据和来沙浓度预报数据，并根据运行状态数据集计算得到表征水沙生态状态的水沙生态评价指标数据集；

4、结合运行状态数据集、水沙生态评价指标数据集，以及未来多个时刻的来水预报数据和来沙浓度预报数据，确定调度策略种群，调度策略种群中包括多个个体，每个个体分别对应一种调度策略；

5、分别计算采用不同个体对应的调度策略对当前时刻的运行状态进行调度后未来各时刻的水沙生态评价指标模拟数据集和运行状态模拟数据集；

6、根据水沙生态评价指标模拟数据集和运行状态模拟数据集，分别计算每个个体对应的发电收益值、泥沙风险值和生态损失值；

7、根据运行状态模拟数据集中各类运行状态模拟数据以及对应的约束边界确定约束违背量；

8、根据约束违背量和每个个体对应的发电收益值、泥沙风险值和生态损失值从当前种群中确定最优调度策略集；

9、若最优调度策略集满足预设条件，基于最优调度策略集对梯级水库进行调度。

10、通过构建表征水沙生态状态的水沙生态评价指标数据集，并参与后续计算，将泥沙输移过程与生态响应过程统一纳入调度决策的考虑范围中，克服了传统调度中水沙过程与生态评价相互割裂、难以捕捉两者动态耦合关系的技术缺陷，实现了水沙过程与生态响应的协同优化，又通过将泥沙输移偏差、冲淤风险、生态适宜度和生态泥沙协调程度，结合约束违背量共同计算发电收益值、泥沙风险值和生态损失值，并以此进行寻优，使最终输出的调度策略集能够兼顾发电效益、泥沙平衡与生态保护，为梯级水库调度提供了兼顾水沙生态多目标协同的智能调度方案，进一步地，通过引入冲淤生态响应函数替代完整物理耦合模型进行候选方案的快速评价，克服了因调用完整水沙生态耦合模型导致计算耗时过长、无法在线应用的技术障碍，使算法能够在有限时间内完成大规模迭代寻优。

11、在一种可选的实施方式中，结合运行状态数据集、水沙生态评价指标数据集，以及未来多个时刻的来水预报数据和来沙浓度预报数据，确定调度策略种群，包括：

12、将运行状态数据集、水沙生态评价指标数据集，以及未来多个时刻的来水预报数据和来沙浓度预报数据输入至预设的调度策略模型中进行计算，得到初始调度策略；

13、以初始调度策略作为种群中心个体生成初始调度策略种群，并对种群进行寻优计算，获得寻优后的调度策略种群。

14、通过将运行状态数据、水沙生态评价指标数据和未来来水来沙预报数据共同输入预设的调度策略模型，使模型在充分感知当前水沙生态状态和未来来水来沙趋势的基础上生成初始调度策略，再以该策略为中心个体生成初始种群并进行寻优计算，克服了传统调度优化中初始种群随机生成导致可行解比例低、搜索效率差的问题，使初始种群中的个体在物理上可行、在目标上趋优，从而提升寻优效率和最终调度策略集的质量。

15、在一种可选的实施方式中，分别计算采用不同个体对应的调度策略对当前时刻的运行状态进行调度后未来各时刻的水沙生态评价指标模拟数据集和运行状态模拟数据集，包括：

16、将当前时刻运行状态的运行状态数据集和不同个体对应的调度策略输入预设的冲淤生态响应函数进行计算，获得未来各时刻的水沙生态评价指标模拟数据集和运行状态模拟数据集。

17、通过将当前时刻运行状态与不同候选调度策略共同输入预设的冲淤生态响应函数，能够在短时间内快速获得各策略实施后未来各时刻的水沙生态评价指标和运行状态模拟数据，从而克服了传统方法中每次调用完整水沙生态耦合模型需耗时过长、无法支撑大规模迭代寻优的技术瓶颈，为策略模型的强化学习与策略寻优算法的协同优化提供了高效的计算基础。

18、在一种可选的实施方式中，预设的冲淤生态响应函数的构建方法包括：

19、获取多个训练样本数据，训练样本数据中包括历史运行状态数据和历史调度策略数据；

20、将训练样本数据输入至水沙生态耦合模型进行模拟，得到各训练样本对应的运行状态模拟结果，并根据运行状态模拟结果计算得到各训练样本对应的水沙生态评价指标模拟结果，水沙生态耦合模型中包括水动力计算子模型、泥沙输移计算子模型、河床冲淤演变子模型和生态响应评价子模型，水动力计算子模型用于根据调度策略和边界条件模拟水位、流速、水深和流量，泥沙输移计算子模型用于根据水动力模拟结果模拟含沙浓度和输沙率，河床冲淤演变子模型用于根据泥沙输移模拟结果模拟冲淤量和河床高程变化，生态响应评价子模型用于根据水动力模拟结果、泥沙输移模拟结果和河床冲淤演变模拟结果计算生态适宜度指数；

21、以训练样本数据作为输入，各训练样本对应的运行状态模拟数据集和水沙生态评价指标模拟结果作为输出，对待训练的冲淤生态响应函数进行训练，获得训练后的冲淤生态响应函数。

22、通过获取包含历史运行状态和历史调度策略的训练样本数据，并将其输入包含水动力、泥沙输移、河床冲淤和生态响应四个子模型的完整水沙生态耦合模型进行模拟，生成覆盖多种工况的高质量输入和输出样本库，再以该样本库为基础训练冲淤生态响应函数，使得训练后的响应函数能够在在线调度阶段快速度替代耗时数小时的完整物理模型，既保留了水沙生态耦合的物理机制，又提高了计算效率。

23、在一种可选的实施方式中，运行状态模拟数据集中还包括机组出力数据、机组启停成本数据和弃水损失数据，水沙生态评价指标模拟数据集中包括模拟泥沙输移强度指数、模拟冲淤风险指数、模拟生态适宜度指数和模拟生态泥沙耦合指数，根据水沙生态评价指标模拟数据集和运行状态模拟数据集，分别计算每个个体对应的发电收益值、泥沙风险值和生态损失值，包括：

24、获取未来各时刻的用电成本数据、目标泥沙输移强度指数；

25、根据各时刻的机组出力数据和用电成本数据确定发电产值，并结合机组启停成本数据和弃水损失数据确定各时刻的发电收益值；

26、根据各时刻的模拟泥沙输移强度指数和目标泥沙输移强度指数确定模拟泥沙输移偏差量，并根据模拟泥沙输移偏差量和模拟冲淤风险指数确定泥沙风险值；

27、根据模拟生态适宜度指数和模拟生态泥沙耦合指数确定生态损失值。

28、在一种可选的实施方式中，根据约束违背量和每个个体对应的发电收益值、泥沙风险值和生态损失值从当前种群中确定最优调度策略集，包括：

29、根据发电收益值、泥沙风险值和生态损失值分别对应的惩罚系数与约束违背量的乘积，确定发电收益值惩罚量、泥沙风险值惩罚量和生态损失值惩罚量；

30、根据发电收益值、泥沙风险值和生态损失值以及分别对应的惩罚量确定经惩罚修正后的发电收益值、泥沙风险值和生态损失值；

31、对当前种群中各个体对应的惩罚修正后的发电收益值、泥沙风险值和生态损失值进行非支配排序，将排序后前预设数量的个体作为当前种群的最优调度策略集。

32、通过将约束违背量分别乘以各目标对应的惩罚系数后叠加至发电收益值、泥沙风险值和生态损失值，使违反约束的个体在三个目标上均受到惩罚，从而在非支配排序中自然处于劣势并被优先淘汰，无需单独设定可行性优先规则，同时，通过非支配排序对惩罚修正后的三个目标值进行多目标权衡，使筛选出的最优调度策略集既满足工程安全与生态保护的基本约束要求，又在发电、泥沙与生态三个目标之间实现了无需预设权重的客观平衡，确保了最终输出策略的工程可行性和多目标最优性。

33、第二方面，本发明提供了一种水电优化调度装置，包括：

34、数据获取模块，用于获取表征梯级水库当前时刻运行状态的运行状态数据集，以及未来多个时刻的来水预报数据和来沙浓度预报数据，并根据运行状态数据集计算得到表征水沙生态状态的水沙生态评价指标数据集；

35、策略计算模块，用于结合运行状态数据集、水沙生态评价指标数据集，以及未来多个时刻的来水预报数据和来沙浓度预报数据，确定调度策略种群，调度策略种群中包括多个个体，每个个体分别对应一种调度策略；

36、模拟计算模块，用于分别计算采用不同个体对应的调度策略对当前时刻的运行状态进行调度后未来各时刻的水沙生态评价指标模拟数据集和运行状态模拟数据集；

37、目标计算模块，用于根据水沙生态评价指标模拟数据集和运行状态模拟数据集，分别计算每个个体对应的发电收益值、泥沙风险值和生态损失值；

38、约束违背量计算模块，用于根据运行状态模拟数据集中各类运行状态模拟数据以及对应的约束边界确定约束违背量；

39、策略排序模块，用于根据约束违背量和每个个体对应的发电收益值、泥沙风险值和生态损失值从当前种群中确定最优调度策略集；

40、调度执行模块，用于若最优调度策略集满足预设条件，基于最优调度策略集对梯级水库进行调度。

41、第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的一种水电优化调度方法。

42、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的一种水电优化调度方法。

43、第五方面，本发明提供了一种计算机程序产品，包括计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的一种水电优化调度方法。