嵌套結構并行多維動態(tài)規(guī)劃算法及其應用研究.pdf

1、隨著我國梯級水電開發(fā)的快速推進，大規(guī)模梯級水電站水庫群的聯(lián)合優(yōu)化調度問題正越來越受到人們的高度重視，而傳統(tǒng)的分析理論與優(yōu)化方法在求解這類問題時呈現(xiàn)出一定的局限性，致使水資源未能得到充分利用。因此，開展大型流域梯級水電站水庫群聯(lián)合優(yōu)化調度理論與方法研究，對于充分發(fā)揮梯級水庫間的補償調節(jié)作用，提高水資源利用效率，具有非常重要的理論意義和現(xiàn)實意義。
　　鑒于此，本文以李仙江流域梯級水電站水庫群為研究對象，在對水電站水庫優(yōu)化調度理論歸納總

2、結的基礎上，從理論研究和實際應用兩方面入手，開展梯級水電站水庫群聯(lián)合優(yōu)化調度研究。分別從嵌套結構多維動態(tài)規(guī)劃及其并行計算建模、多維動態(tài)規(guī)劃并行模式分析、蓄供水判別式法應用、梯級總出力調度圖優(yōu)化、時段內出力分配模型建模、調度規(guī)則提取以及實例應用等方面進行了較為深入的研究，主要研究內容及成果包括:
　　(1)提出了嵌套結構多維動態(tài)規(guī)劃算法。為緩解傳統(tǒng)多維動態(tài)規(guī)劃算法(MDP)在梯級水電站水庫群聯(lián)合優(yōu)化調度應用中的“維數(shù)災”問題，本文基

3、于嵌套結構的思想，提出了嵌套結構多維動態(tài)規(guī)劃算法(MNDP)。以李仙江三庫梯級系統(tǒng)為背景進行實例研究，通過MDP算法的計算結果驗證了MNDP算法的全局收斂性，并從程序運行時間、內存占用量以及程序復雜度三個方面對MNDP和MDP兩種算法在相同離散條件下的計算結果進行了對比和分析，給出了兩種算法各自的優(yōu)缺點和適用情況。
　　(2)提出了嵌套結構并行多維動態(tài)規(guī)劃算法。針對本文所提出的MNDP算法運行時間較長的問題，引進并行處理技術，提出

4、了嵌套結構并行多維動態(tài)規(guī)劃算法(MNPDPA)，并在單機多核環(huán)境下實現(xiàn)了該算法的并行計算。最后通過實例計算結果分析和評價了MNPDPA的并行性能。
　　(3)構建了傳統(tǒng)多維動態(tài)規(guī)劃算法三種不同的并行計算模式。為進一步探索和挖掘并行算法的效率提升空間，通過對MDP算法的并行化分析，構建了MDP算法三種不同的并行模式，即時段內并行模式、時段間并行模式以及混合并行模式，用以研究不同并行模式對算法計算效率的影響。最后以實例計算結果從程序運

5、行時間和內存占用兩個方面分析評價了三種不同并行模式的并行效果。
　　(4)制定了李仙江三庫梯級中長期調度規(guī)則。以李仙江三庫梯級水電系統(tǒng)為研究背景，以MNDP所獲得的具有全局最優(yōu)性的長系列調度數(shù)據(jù)為基礎，首先總結并提取了梯級各庫在各時段的一般性調度規(guī)律。其次根據(jù)各庫的水位變化規(guī)律將調度期劃分為四個特征段，并基于這四個特征段給出了梯級各庫全調度期的調度規(guī)則。最后進行調度規(guī)則的模擬調度計算，并將模擬結果與MNDP和常規(guī)調度結果進行了詳細

6、的分析比較。
　　(5)建立了梯級保證出力最大蓄能調度圖模型和發(fā)電量最大蓄能調度圖模型。考慮到梯級水電站水庫群在實施聯(lián)合調度以后的相互補償作用，本文基于蓄供水判別式法和梯級蓄能調度圖繪制原理，建立了梯級保證出力最大蓄能調度圖模型和發(fā)電量最大蓄能調度圖模型，并將逐步優(yōu)化算法(POA)嵌入到模型求解流程中，以對所求初始梯級蓄能調度圖進行優(yōu)化。最后根據(jù)實例計算結果從發(fā)電量、保證出力以及保證率三方面將蓄能調度圖與目前的常規(guī)梯級聯(lián)合調度方式

7、進行了對比分析。
　　(6)建立了總出力調度圖優(yōu)化的雙層嵌套模型。針對蓄供水判別式法應用于梯級水電站水庫群聯(lián)合優(yōu)化調度時所存在的三點不足，以調度期總發(fā)電量最大為目標，建立了用于總出力調度圖優(yōu)化和確定時段內最優(yōu)出力分配的雙層嵌套模型。此外，基于模型求解后所得的長系列最優(yōu)化模擬調度數(shù)據(jù)，采用平均值法和逐步回歸法分別提取了各庫各時段內出力分配規(guī)則，并通過模擬計算結果將兩種方法所得出力分配規(guī)則與常規(guī)調度方法及蓄供水判別式法進行了對比分析。