基於Pareto最優解的水庫發電排沙多目標最佳化調度

《基於Pareto最優解的水庫發電排沙多目標最佳化調度》是依託中國農業大學，由李芳芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於Pareto最優解的水庫發電排沙多目標最佳化調度
• 依託單位：中國農業大學
• 項目負責人：李芳芳
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

由於與發電效益間的矛盾性和不可公度性，目前在水庫的最佳化研究中較少考慮泥沙問題。其中的高維性、非線性等特徵也使其物理模型模擬精度不高，研究成果對於實際運行的指導作用有限。我國目前水庫排沙調度的實踐領先於理論研究，其方法未能在數學理論上得到總結或升華，不具推廣性。為增大水庫的綜合效益，須在最佳化模型中補充考慮排沙問題。這不僅在理論方法上具有重大的科學意義，也將對工程實踐產生重要的指導作用。本研究綜合考慮排沙量最大和發電效率最優這兩個目標，建立水庫發電排沙多目標最佳化模型。基於流速對數分布和懸移質含沙量垂線分布，建立水庫排沙率計算公式；深入分析機組出力特性，提高出力模型的模擬精度。採用基於Pareto最優理論的進化算法求解該多目標最佳化模型，得到Pareto最優解集，套用於三峽工程，給出排沙與發電間的定量關係。

結題摘要

水庫建成後，水位升高、流速減緩，水流挾沙能力降低，庫內發生淤積。如何在兼顧發電及其它運行目標的同時，利用水庫的調度規程和水庫排沙規律，通過非工程手段，將更多的泥沙排出庫外，對水庫的長期運行和下游的生態平衡等諸多方面都具有重要的意義。 為解決水庫排沙與水電站發電效益之間的矛盾性和不可公度性，本項目綜合考慮了排沙量最大和發電效率最優兩個運行目標，建立了水庫發電排沙多目標最佳化模型。其中，為解決高維性、非線性等特徵帶來的出力過程模擬精度不高的問題，建立了高精度水力發電模組；為兼顧水庫排沙量的計算精度和效率，基於流速對數分布和懸移質含沙量垂線分布規律，建立了水庫排沙率計算公式。採用水庫下泄流量作為決策變數，建立了水庫發電排沙多目標最佳化模型，採用NSGA-II算法進行求解，得到水庫兼顧發電與排沙的Pareto最優解集。 項目完成了以上模型在三峽工程上的套用。結果表明：與實際運行相比，三峽水庫的出力和排沙均有最佳化空間，且水電站出力的最佳化空間大於水庫排沙量的最佳化空間。以2011年為例，當搜尋範圍Q_dr達到1000m3/s時，水電站的年總出力可以提高9.74%，但這是以犧牲2.20%的水庫輸沙量為代價的。而如果水庫的排沙量提高到最大限度8.08%，水電站的年總發電量會損失0.63%。 為了推廣該研究成果，並便於指導工程實踐，本項目基於以上方法，開發出一套水庫多發電排沙目標最佳化軟體。軟體含有人機互動界面，可根據使用者需求輸入模型參數進行計算，並自動給出Pareto最優解及其對應的調度過程。 由於我國多沙河流眾多，且擁有多座大型水庫，大型水庫的泥沙淤積問題主要發生在我國。而本項目的研究成果不僅在理論方法上具有重要的科學意義，也對工程實踐產生重要的指導作用，具有重要的工程意義。 結合以上研究內容，本項目取得成果8項，其中發表SCI收錄論文6篇，EI收錄會議論文1篇，在Web of Science資料庫中的論文他引共22次，其中1篇被Web of Science評為高被引論文。獲得授權國家發明專利1項。開發軟體1套。