梯级泵站输水系统分线路分阶段降维的调度策略优化方法

本发明涉及水利工程调度与泵站优化运行控制，尤其涉及一种梯级泵站输水系统分线路分阶段降维的调度策略优化方法。

背景技术：

1、梯级泵站输水系统作为大型跨流域调水工程的核心基础设施，其经济运行问题直接关系到工程综合效益的充分发挥，然而现有调度方法面临许多关键技术瓶颈。

2、一方面，梯级泵站各级泵站之间呈串联级联关系，渠道输水损失、水位衔接及流量匹配等因素相互耦合，导致系统整体优化模型决策变量数量庞大，传统的逐断面、逐时段精细化建模方法使得优化变量维度急剧膨胀，求解效率难以满足实际调度需求；同时，现有方法对调度周期内的各时段输水流量逐一进行决策，导致优化模型中存在大量冗余决策变量，增加了计算负担。另一方面，优化求解对初始解的依赖程度较高，而现有初始解生成方法所生成的初始解质量参差不齐，影响了后续优化求解的收敛速度和全局寻优能力。

3、因此，有必要提供一种梯级泵站输水系统的调度策略优化方法，以及时在保障供水安全的前提下提升梯级泵站输水系统经济运行效益。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种梯级泵站输水系统分线路分阶段降维的调度策略优化方法，用以在保障供水安全的前提下提升梯级泵站输水系统经济运行效益。

2、本发明提供的梯级泵站输水系统的调度策略优化方法包括：获取梯级泵站输水系统的基础运行参数，设梯级泵站输水系统中的各级泵站、各调蓄水库和各分水口作为节点构建节点集合，根据梯级泵站输水系统中水库的调蓄能力和分水口的功能确定功能节点；以功能节点为分割边界将节点集合划分为多个互不重叠的节点子集，将每个节点子集内部节点之间的输水渠道作为独立输水线路，以独立输水线路作为最小调度单元；设定分阶段降维决策规则，设置不同调度场景下的优化目标和运行约束条件，构建分阶段降维决策的经济运行优化模型；根据实际调度场景的输水需求和优化目标生成调度策略的初始解；基于初始解对经济运行优化模型进行求解得到调度策略优化结果。

3、本发明提供的梯级泵站输水系统分线路分阶段降维的调度策略优化方法的有益效果在于：以功能节点为边界将梯级泵站输水系统划分为若干独立输水线路，解除各线路间的耦合关系，并以预先设定流量调整次数的方式将调度周期划分为若干连续运行阶段，以流量调整时刻及各阶段输水流量作为决策变量，大幅削减决策变量维度，同时根据调度场景是否考虑分时电价匹配生成相应的初始解，最终基于初始解对经济运行优化模型进行求解，获得优化的梯级泵站调度策略。

4、一种可能的实施例中，功能节点包括具备日调节及以上调蓄能力的调蓄水库和工程功能性分水口。

5、另一种可能的实施例中，分阶段降维决策规则包括：预先设定流量调整次数，将调度周期按最小可调整时间间隔离散化为多个时间断面，从多个时间断面中选取个流量调整时刻，以流量调整时刻将调度周期划分为个连续运行阶段，每一运行阶段内输水流量恒定，仅在流量调整时刻发生流量切换；各独立输水线路依据自身的输水需求和约束条件执行分阶段降维决策以设定各自的调整时刻及各运行阶段输水流量。

6、其它可能的实施例中，不同调度场景下的优化目标包括：当调度场景考虑分时电价时，以总运行成本最少为目标，包括根据各运行阶段所覆盖的电价时段核算对应电价，结合各运行阶段的泵站能耗与运行时长折算电费成本，以调度周期的累计电费最低为优化目标；当调度场景不考虑分时电价时，以总能耗最少为目标，包括根据各运行阶段的泵站能耗和运行时长计算运行能耗，以调度周期的总能耗最低为优化目标。

7、运行约束条件包括机组运行台数约束、单机输水流量上下限约束、各独立输水线路输水流量约束、调蓄水库库容约束、分水口供水约束及水量平衡约束。

8、根据实际调度场景的输水需求和优化目标生成调度策略的初始解，包括：根据预先设定的流量调整次数将调度周期等间隔划分为个初始运行阶段并确定初始流量调整时刻；针对考虑分时电价的调度场景，计算每个初始运行阶段的加权平均电价，按照加权平均电价由高至低的顺序，根据总输水需求依次向相应的初始运行阶段分配输水流量生成调度策略的初始解；针对不考虑分时电价的调度场景，将总输水需求平均分配至各初始运行阶段得到各初始运行阶段的流量负荷，建立以独立输水线路的输水流量为自变量的能耗函数，对能耗函数求导得到各独立输水线路的能耗微增率，依据满足总输水需求的前提下各独立输水线路的能耗微增率趋于一致的要求分配各独立输水线路在一个初始运行阶段的流量负荷，将得到的流量负荷分配方案复制到其余运行阶段得到初始解。

9、向一个初始运行阶段分配输水流量的分配规则满足如下公式：，其中，表示为按加权平均电价由高至低排序后第个初始运行时段分配的输水流量，表示独立输水线路最大输水能力，表示剩余待分配的输水总量，表示初始运行阶段的时长；完成一个初始运行阶段的输水流量分配后更新剩余待分配的输水总量为：，表示按加权平均电价由高至低排序后第个初始运行时段的剩余待分配的输水总量。

10、基于初始解对经济运行优化模型进行求解，包括：将初始解作为经济运行优化模型的迭代起点，采用优化求解算法在可行域内搜索更优解；每次迭代均校验运行约束条件是否得到满足，若不满足运行约束条件则舍弃该轮迭代的解；当相邻两次迭代的目标函数值变化量小于设定的收敛阈值时终止迭代，得到最优解。

1.一种梯级泵站输水系统分线路分阶段降维的调度策略优化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，功能节点包括具备日调节及以上调蓄能力的调蓄水库和工程功能性分水口。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分阶段降维决策规则包括：预先设定流量调整次数，将调度周期按最小可调整时间间隔离散化为多个时间断面，从多个时间断面中选取个流量调整时刻，以流量调整时刻将调度周期划分为个连续运行阶段，每一运行阶段内输水流量恒定，仅在流量调整时刻发生流量切换；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，不同调度场景下的优化目标包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，运行约束条件包括机组运行台数约束、单机输水流量上下限约束、各独立输水线路的输水流量约束、调蓄水库库容约束、分水口供水约束及水量平衡约束。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据实际调度场景的输水需求和优化目标生成调度策略的初始解，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，向一个初始运行阶段分配输水流量的分配规则满足如下公式：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述初始解对所述经济运行优化模型进行求解，包括：