供水水库群优化调度的DCPM-分步FGA法研究

水库 群 优 化 调 度 一 般 都 具 有 决 策 变 量 数 量 多、 约束条件复杂等特 点 。 近 年 来 ， 遗 传 算 法、 Ｂ Ｐ 神经网络算法 、 蚁群算法及混合智能算法等在水 库群优化调度问 题 上 已 得 到 广 泛 应 用 ， 并取得了 一些成果
［ １～６］
式中 ， 初的水库蓄水 ＶＴ 、 ＶＴ－１ 分别为第 Ｔ 时段末 、
Ｗ
Ｍ Ｑ Ｏ ） ５ － Ｗ Ｌ， Ｔ ＋ Ｗ Ｌ， Ｔ － Ｗ Ｌ， Ｔ ＝ ＶＬ， Ｔ －ＶＬ， Ｔ－ １ （ Ｓ 式中 ， Ｗ Ｌ， Ｔ 为第 Ｔ 时段内流过第 Ｌ 河段首断面的 Ｓ Ｌ， Ｔ
Ｍ 水量 ； ， ＷＬ Ｔ 为第 Ｔ 时段内流过第 Ｌ 河段末断面的 Ｑ 水量 ； ， ＷＬ Ｔ 为第 Ｔ 时 段 内 第 Ｌ 河 段 的 区 间 水 量 ； Ｏ ， ＷＬ Ｔ 为第 Ｔ 时 段 内 第 Ｌ 河 段 的 需 水 部 门 的 总 取 水量 ； 初第 Ｌ 河 ＶＬ， ＶＬ， Ｔ、 Ｔ－１ 分 别 为 第 Ｔ 时 段 末 、
段的蓄水量 。
! 供水水库群优化调度模型
!$!Biblioteka Baidu 目标函数
ｎ ｍ
（ ） 河段控制断面水位约束 。 ４ （ ） Ｚ ６ Ｌ， Ｋ最 低 水 位 ≤ Ｚ Ｌ， Ｋ ≤Ｚ Ｌ， Ｋ警 戒 水 位 式中 ， Ｚ Ｌ， Ｋ最 低 水 位 为 第 Ｌ 河 段 内 第 Ｋ 个 控 制 断 面 的允许最低水位 ； Ｚ Ｌ， Ｋ 为第 Ｌ 河段内第 Ｋ 个控制 断面水 位 ； Ｚ Ｌ， Ｋ警 戒 水 位 为 第 Ｌ 河 段 内 第 Ｋ 个 控 制 断面的警 戒 水 位 ； Ｋ 为第Ｌ 河段的首断面或尾 断面 。 ） （ 需水量约束 。 ５ （ ） ， ， Ｘｍ ７ ｉ ｎ ｉ Ｔ ≤Ｇ ｉ Ｔ ≤ Ｘｍ ａ ｘ ｉ Ｔ 式中 ， ， Ｘｍ ｉ 子区的最小需水量 ； ｉ ｎ ｉ Ｔ 为第 Ｔ 时段第 ， Ｘｍａ ｉ 子区的最大需水量 。 ｘ ｉ Ｔ 为第 Ｔ 时段第
·８ ４· （ ） 输水通道过水能力约束 。 ６
水 电 能 源 科 学 ２ ０ １ ３年
ｍ ｉ ｎ Ｆ＝
ｉ＝１ Ｔ ＝１
∑ ∑（
Ｇ ｉ Ｔ －Ｘ ｉ Ｔ Ｘｉ Ｔ
）
２
（ ） １
式中 ， Ｆ 为相 对 缺 水 程 度 ； ｎ 为 子 区 数； ｍ 为时段 数； Ｇ ｉ 子区的 ｉ Ｔ 为第 Ｔ 时段水库和河道水源给第 ； 。 供水量 Ｘ ｉ 子区的需水量 ｉ Ｔ 为 Ｔ 时段 !$" 约束条件 （ ） 水库水量平衡约束 。 １
Ｏ ＶＴ ＝ ＶＴ－１ ＋ ＷＩ Ｔ －Ｗ Ｔ
（ ） ２
， 收稿日期 ： 修回日期 ： ２ ０ １ ２ ０ ９ １ ５ ２ ０ １ ２ １ １ ０ ９ － － － － ） 基金项目 ：水利部公益性行业科研专项经费基金资助项目 （ ２ ０ １ １ ０ １ ０ １ １ ， ： ＿ 作者简介 ：张杰 （ 男， 硕士研究生 ， 研究方向为水利水电工程 ， １ ９ ８ ６ Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｚ ｈ ｎ ａ ｉ ｅ ３ ９ １ １＠１ ６ ３． ｃ ｏ ｍ －） ｇ ｊ ， ： 通讯作者 ：顾圣平 （ 教授 ， 研究方向为水资源系统规划 ， １ ９ ５ ７ Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｓ ｕ ｈ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ －） ＠ｈ ｐ ｇ
供水水库群优化调度的 Ｄ Ｃ ＰＭ－ 分步 Ｆ Ｇ Ａ 法研究
张 杰， 顾圣平 ， 葛 忆， 蒋宽鹏
（ ） 河海大学 水利水电学院 ，江苏 南京 ２ １ ０ ０ ９ ８ 摘要 ：针 对 供 水水 库 群 优 化 调 度 是 一 类 维 度 高 、 约 束条 件 复 杂 的 系 统 优 化 问 题 ， 为有效处理复杂的约束条件 采用分 步罚 函 数法 ， 并结 合 直 接 比 较 — 比 例 法 （ 的 遗 传 算 法 处 理 复 杂 的 约 束。实 例 并 达 到 全 局 收敛 ， Ｄ Ｃ ＰＭ） 应用 及 与 其他 遗 传 算 法 比 较表明 ， 该 算 法 计算 、 收敛 有较明 显 的 优 势 ， 处理约束有效。 关键词 ：供 水水 库 群 ；优 化 调 度 ；直 接比 较 — 比例 法 ；遗 传 算 法 中图分类号 ： ＴＶ ６ ９ ７ 文献标志码 ：Ａ
Ｏ 量； 为第 Ｔ 时段 ＷＩ ＷＴ Ｔ 为第 Ｔ 时段的入库水量 ；
。 包括下泄量 、 供水量及损失量 ） 的出库水量 （ ） （ 水库水位约束 。 ２ （ ） 非汛期 ： Ｚ死 ≤ ＺＴ ≤ Ｚ正 ３ （ ） 汛期 ： Ｚ死 ≤ ＺＴ ≤ Ｚ汛 ４ 式中 ， Ｚ死 为 水 库 的 死 水 位 ； ＺＴ 为 第 Ｔ 时 段 末 的 水库水 位 ； Ｚ正 为 水 库 的 正 常 蓄 水 位 ； Ｚ汛 为 水 库 的汛限水位 。 （ ） 河段水量平衡约束 。 ３
。 其中 ， 遗传算法的应用较成 熟 ， 有
快速的搜索机制 ， 效率较高 ， 基于罚函数法的遗传 是处理复杂约束工程规划问题最常 算法 （ Ｆ ＧＡ）
６］ 。但 在 解 决 水 库 群 优 化 调 度 问 题 时， 用的方法 ［
简单的 Ｆ 收 敛 速 度 慢、 ＧＡ 会遇到 遗 传 代 数 增 加 、 收敛到局部最优 等 ， 甚至还会出现找不到可行解 的现象 。 鉴此 ， 为解决这类问题 ， 本文采用分步的 在严格的约束条件下至少能产生一个可 Ｆ ＧＡ 法 ， ， 行解 并能在可行解周围进行深度和广度的搜索 ； 同时 ， 在约束条件 处 理 上 采 用 直 接 比 较 － 比 例 选 ， 择法 （ 搜索计算中使不可行解保持一定 Ｄ Ｃ ＰＭ） 比例 ， 进而搜索到最优解 。
第３ １卷 第２期 ２ ０ １ ３年２月 （ ） 文章编号 ： １ ０ ０ ０ ７ ７ ０ ９ ２ ０ １ ３ ０ ２ ０ ０ ８ ３ ０ ４ － － －
水 电 能 源 科 学 Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ １Ｎ ｏ ． ２ Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０ １ ３