基于多目标进化算法的黄河中游水库群优化调度

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:long1024
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黄河流域目前仍存在洪水风险、生态环境脆弱和调水调沙能力不足等问题,其中黄河中游河段水沙问题尤为突出,因此水沙资源的优化调度成为黄河流域治理的重中之重,而大型水利枢纽是调节河流水沙资源时空分布的重要工具和解决流域问题的关键所在。为使黄河中游水库群在调度中最大限度地发挥综合效益,论文对黄河中游梯级水库群多目标优化调度问题展开研究工作,建立多目标水库优化调度模型,研究提出SA-NSGA-Ⅱ并验证其有效性,利用SA-NSGA-Ⅱ和NSGA-Ⅲ分别对调度模型进行求解,并通过主客观结合的评价模型选取各典型年的优选调度方案。主要工作内容如下:基于P-Ⅲ频率曲线和Copula函数对黄河中游入口站头道拐水文站的水沙频率进行分析,确定黄河中游水沙关系稳定时段(1998-2017年),从中选取3种调度情形并确定6个典型年。针对NSGA-Ⅱ求解多目标问题时存在局部搜索能力较差的缺陷,提出一种基于逐次逼近方法的快速非支配排序遗传算法(SA-NSGA-Ⅱ),算法利用寻优结果不断调整搜索空间,增强局部搜索能力,从而快速逼近Pareto真实前沿面。通过测试函数和实例验证了改进算法的合理性和高效性。根据黄河中游水库运行规则和水力约束,构建了以梯级水库群平均出力最大、下游生态流量平均改变度最小为目标的万-三-小梯级水库长期优化调度模型和以水库平均出力最大、下游生态流量平均改变度最小、最大削峰率最大为目标的小浪底水库短期优化调度模型。利用SA-NSGA-Ⅱ和NSGA-Ⅲ分别对以上调度模型进行求解得到6个水库调度方案集,其中梯级水库调度方案集3个分别包含138、111、91个调度方案;单水库调度方案集3个分别包含186、185、177个调度方案。计算并构建水库调度方案综合效益评价指标体系,结合灰靶理论和累计前景理论,采用模糊判别法对各调度方案集进行综合评估,选取典型年内的6个最优方案。其中梯级水库的3个优选方案较实际调度数据在平均出力目标值上平均提升13.36%,在生态流量平均改变度目标值上平均降低28.28%;单水库的3个优选方案较实际调度数据在平均出力目标值上平均提升27.94%,在生态流量平均改变度目标值上平均降低55.63%,在最大削峰率目标值上平均提升11.45%。验证了黄河中游梯级水库群多目标联合调度和小浪底水库汛期多目标优化调度的综合效益优于实际调度情况,为黄河中游水库群调度的方案制定提供了决策支撑。
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