CN107609679B - 一种年调节水库发电调度图的多参数优选绘制方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种年调节水库发电调度图的多参数优选绘制方法及***，包括：设定发电调度图绘制参数，并设定发电调度图各绘制参数的取值范围；根据发电调度图绘制参数以及其取值范围，初始化粒子群优化算法的参数并确定各代粒子种群，绘制每代粒子种群各个粒子对应的候选年调节水库发电调度图；将每代粒子种群各个粒子对应的候选年调节水库发电调度图通过梯级水库和电站联合发电调度模型进行联合发电调度模拟运行，选取最终代次粒子群全局最优解即梯级水库年平均发电量最大值对应的候选年调节水库发电调度图为目标水库的最优年调节水库发电调度图。本发明全面反映调度运行的规律，考虑梯级水库联合调度，得到简单易用的年调节水库发电调度图。

Description

一种年调节水库发电调度图的多参数优选绘制方法及***

技术领域

本发明属于水电站发电调度技术领域，更具体地，涉及一种年调节水库发电调度图的多参数优选绘制方法及***。

背景技术

水电站开展发电调度的重要依据之一是发电调度图，调度图是直角坐标系下的二维图形，横坐标表示时间，范围为一年，通常单位为月或旬，可以从自然年1月份开始，也可以按水文年，如从蓄水期(比如6-10月)至供水期(比如11-5月)，纵坐标表示电站上游库水位，它可包含数条互相之间无交叉的曲线。如图1所示为某年的调节水库发电调度图，包括多条调度曲线。若横坐标单位为月，则每条曲线包括13个点。每上下相邻两条曲线之间构成一个出力区，每一个出力区对应一个出力值，各出力区出力值互不相等，图形上看，从上到下水位降低，出力区对应出力也减小。出力区主要分为三类，从上到下依次为加大出力区、保证出力区和降低出力区，其中，保证出力区有且仅有一个，即仅有两条曲线组成一个保证出力区，这两条曲线，位置在上的称为上保证出力线，另一个称为下保证出力线，加大出力区和降低出力区均可有多个。

调度图基本形式如图1所示。当水库水位位于某一出力区时，则可将该出力区对应出力值作为电站的参考运行出力值，来指导电站运行，比如电站上游库水位较高时，则位于加大出力区，此时电站会加大自身出力，出力增大，通常情况下势必使水库用水量加大，因此会使水库水位下降，从而起到了水位控制的作用。现阶段调度图仍以手工计算绘制为主，在制作时依赖工作人员实际调度经验，主观性较强，如绘制加大、降低出力线时，其个数和对应的出力值均为人为经验性设定，绘制时无法确定这些数据的选取是否合理，且其制作过程中不考虑下游电站的运行情况，而综合考虑梯级电站相比仅考虑单个电站运行会有更好的效益，因此，传统方法绘制出的调度图运用到调度运行中时易出现水库水量利用率、电站发电量偏低的情况。

针对现有水库调度图的优化方法，一方面，通过改变已有调度图调度线水位值以寻优，但这类方法没有充分考虑影响调度图的出力区对应出力、绘制过程采用的输入径流等因素，得到的结果无法全面反映调度运行的规律。另一方面，考虑梯级水库联合调度的发电调度图在成图过程和图形本身上均较为复杂，如为一连串二维调度图或者高维调度图，运用时需结合更复杂的规则，不具备传统调度图的易用性。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于现有水库调度图绘制方法不能充分考虑影响调度图的出力区对应出力、绘制过程采用的输入径流等因素，得到的结果无法全面反映调度运行的规律，以及考虑梯级水库联合调度的发电调度图在成图过程和图形本身上均较为复杂，不具备传统调度图的易用性的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种年调节水库发电调度图的多参数优选绘制方法，包括：

设定目标水库的发电调度图绘制参数，并设定发电调度图各绘制参数的取值范围，所述发电调度图绘制参数包括典型年径流序列个数、供水期代表年经验频率、蓄水期代表年经验频率、蓄供水期指示出力之比、供水期最大加大出力值、蓄水期最大加大出力值，加大出力线个数、供水期最小降低出力值、蓄水期最小降低出力值以及降低出力线个数。

根据所述发电调度图绘制参数以及其取值范围，初始化粒子群优化算法的参数，并根据粒子群优化算法确定各代粒子种群，并绘制每代粒子种群各个粒子对应的候选年调节水库发电调度图，其中每代粒子种群各个粒子包括发电调度图绘制参数中的全部参数，每个参数取其取值范围中的一个值。

将每代粒子种群各个粒子对应的候选年调节水库发电调度图通过梯级水库和电站联合发电调度模型进行联合发电调度模拟运行，从上游到下游水库和电站依次进行模拟运算，将整个梯级的调度情况反馈到目标水库的调度图中即确定每代粒子种群各个粒子对应的梯级水库和电站年平均发电量，选取最终代次粒子群全局最优解即梯级水库和电站年平均发电量最大值对应的候选年调节水库发电调度图为目标水库的最优年调节水库发电调度图；利用梯级水库多年历史入库径流信息建立梯级水库和电站联合发电调度模型，以目标水库为梯级水库的最上游水电站，流域梯级河段中与目标水库有水力电力联系的电站为被补偿电站，所述最终迭代次粒子群的全局最优解满足目标水库的发电保证率。

本发明充分考虑影响调度图的出力区对应出力、绘制过程采用的输入径流等因素，以及考虑梯级水库联合调度的发电调度图，通过粒子群优化算法，使得调度图绘制简单易用，考虑梯级整体调度效果，以目标水库为梯级最上游电站，通过梯级水库和电站联合发电调度模型使梯级水电站发电量增大，得到全面反映调度图特点的水库优化发电调度图，可作为水电站发电调度的可靠依据。

可选地，设定目标水库的发电调度图绘制参数，并设定发电调度图各绘制参数的取值范围，包括：典型年径流序列个数的取值范围为2-n，n为实测径流序列总数目；供水期代表年经验频率根据目标水库的发电保证率确定，取值范围为85％-95％；蓄水期代表年经验频率的取值范围为1％-99％；供水期最大加大出力值的取值范围为N_dg-N_ins，N_dg表示供水期保证出力，N_ins表示电站装机容量；蓄水期最大加大出力值的取值范围为N_sg-N_ins，N_sg表示蓄水期保证出力；蓄供水期指示出力之比的取值范围为1.0-r，r＝N_sg/N_dg；加大出力线个数的取值范围为1-5；供水期最小降低出力值的取值范围为N_min-N_dg，N_min表示等流量调节所得最小出力；蓄水期最小降低出力值的取值范围为N_min-N_sg；降低出力线个数的取值范围为1-5。

可选地，该方法还包括：

步骤1：确定目标水库的供水期和蓄水期；

步骤1.1：将目标水库的径流序列资料按水文年排序，并求得各月的平均流量Q_m，m表示月份，以及多年平均流量Q_y，y表示总年数，根据Q_m和Q_y进行判断，如果Q_m>Q_y，则预设第m月为蓄水月份，反之如果Q_m<Q_y，则预设第m月为供水月份；

步骤1.2：通过式(1)进一步试算：

式中：Q_d为供水期的引用流量，Q_s为蓄水期的引用流量，W_d为供水期的来水总量；W_s为蓄水期的来水总量，V为水库的调节库容，W_l为供水期的损失水量，W_u为除发电以外的其他用水量，T_d为供水期的时间长度，T_s为蓄水期的时间长度；

若Q_d大于供水期所有月份的天然来水量，且小于非供水期各月份的天然来水量，则认为步骤1.1预设的供水期正确，若计算得Q_s小于蓄水期所有月份的天然来水量，且大于非蓄水期各月份的天然来水量，则认为步骤1.1预设的蓄水期正确，否则重新试算，直到满足条件为止；

步骤2：分期完毕后，将径流系列中各水文年供水期分别按等流量调节方法计算出力；

步骤2.1：从正常蓄水位开始按式(2)进行顺时程调节计算，求出各水文年供水期的平均出力：

式中：N为水电站出力，A为综合出力系数，Q为调节流量，Z_u0为电站上游时段初水位，Z_ut为电站上游时段末水位，Z_u(V)为电站上游水位-库容关系，Z_d(Q)为电站下游水位-下泄流量关系，H为净水头，H_g为毛水头，H_l为电站水头损失，V_t表示水库时段末库容，V₀表示水库时段初库容；I表示入库流量，Δt表示时段长；

步骤2.2：将求得的各年供水期平均出力，按式(3)进行经验频率计算：

式中：P为经验频率值，m为顺序量，n为实测径流序列总数，选取与规定发电保证率相近的一年作为保证出力代表年，该年的供水期平均出力作为保证出力，保证出力用于计算保证出力线，并作为供水期最大加大出力值下限N_dg和供水期最小降低出力值上限N_dg，还作为蓄水期保证出力线计算时所需出力值的参考基准，蓄供水期指示出力之比r乘以该参考基准可得到蓄水期保证出力线计算时所需出力值；

步骤2.3：针对蓄水期，从蓄水期初死水位开始进行顺时序等流量调节计算，求出各蓄水期平均出力，顺序排频后取保证率对应出力为蓄水期保证出力，把该出力值与供水期保证出力之比，作为蓄供水期指示出力之比上限r。

可选地，根据所述发电调度图绘制参数以及其取值范围，初始化粒子群优化算法的参数，并根据粒子群优化算法确定各代粒子种群，包括：

步骤3：设置粒子群算法各项参数并进行粒子初始化，选择种群粒子总数M＝20，每个粒子的维数D＝10，各维变量物理意义及取值范围参照发电调度图绘制参数以及其取值范围，初始化每个粒子的初始位置X_i和速度V_i如式(4)：

式中：x_i1表示第i个粒子第1维变量的位置，x_iD表示第i个粒子第D维变量的位置，v_i1表示第i个粒子第1维变量的速度，v_iD表示第i个粒子第D维变量的速度。

对每一个选择的粒子，按照各维变量的初始化数值选取相关绘制参数：

其中，典型年径流序列个数作为计算各条调度线时输入的径流序列的个数，根据供水期代表年频率选择第一条典型径流过程线，再依据径流个数向上下各选择总个数二分之一个，若余下径流序列个数为奇数m，则取上半部分典型径流个数为(m-1)/2，下半部分为(m+1)/2，反之亦可；蓄水期代表年经验频率作用同理，供水期保证出力乘以蓄供水期指示出力之比得蓄水期指示出力，供水期保证出力用于计算保证出力线，蓄水期指示出力用于计算蓄水期保证出力线，供、蓄水期最大加大出力值分别作为供、蓄水期加大出力上限，供、蓄水期最小降低出力值作为供、蓄水期降低出力值下限；加大出力线个数用于确定最大加大出力值与保证/指示出力值之间的出力值个数，降低出力线个数用于确定保证/指示出力值与最小降低出力值之间的出力值个数，有了出力线个数和出力值边界，通过线性插值的方式确定各出力线对应的出力，进而可以计算调度线各时段水位值，在算法运行期间，各参数均须在可行域内寻优。

可选地，绘制每代粒子种群各个粒子对应的候选年调节水库发电调度图，包括：

步骤4：得到每代粒子种群各个粒子对应的绘制参数后，绘制水库调度图，由于供蓄水期差异较大，因此供蓄水期分别绘制调度线，绘制完毕后拼接供蓄水期调度线得到调度图，根据步骤1供水期和蓄水期分期结果开始计算，通过步骤2得到供水期和蓄水期绘制保证出力区的出力值，然后根据公式(2)，对选取的每一个典型径流过程，采取等出力的方式，供水期从供水期末相应的指示水位，逆时序计算至供水期初；蓄水期从蓄水期末相应的指示水位，逆时序计算至蓄水期初，每一个时段的计算方法如下：

步骤4.1：假定初始下泄流量，由水库末水位和此时段入库流量，运用水量平衡原理，计算时段初水位；

步骤4.2：由计算所得的初水位以及已知的末水位和假定的下泄流量，用出力公式计算时段出力；

步骤4.3：判断时段出力是否等于保证出力，如果两者相等或者满足迭代精度，则执行步骤4.4，否则返回步骤4.1，重新假定下泄流量；

步骤4.4：判断满足保证出力条件下的时段初水位是否在水位区间范围内，即是否在死水位和正常蓄水位之间，若在此区间则直接进入下一个时段计算，若不在此区间，则执行步骤4.5；

步骤4.5：若计算的时段初水位大于正常蓄水位/汛限水位，则强制时段初水位为正常蓄水位/汛限水位，然后运用出力公式计算实际出力；若初水位低于死水位，则修正时段初水位为死水位，同理运用出力公式计算实际出力。

可选地，执行步骤4.1-步骤4.5时，分别对供、蓄水期以供水期保证出力和步骤3给出的蓄供水期指示出力之比r乘以保证出力的结果为等出力值进行计算，对根据步骤3给出的典型年径流序列个数、供水期代表年经验频率、蓄水期代表年经验频率三个参数值来选取的所有典型径流过程进行计算后，可对供、蓄水期分别得到一组对应的水库水位过程线，取其上、下包络线可得到供蓄水期上、下基本调度线；计算加大出力调度线时，分别以步骤3得到的各加大出力值作为等出力逆时序计算时的出力，将所有的典型径流过程进行计算后，对得到的各组对应水库水位过程线取上包络线即得，计算各降低出力调度线时，同理以步骤3得到的各降低出力值作为等出力逆时序计算时的出力，将所有的典型径流过程进行计算后，对得到的各组对应的水库水位过程线取其下包络线即得，将各线整合，消除重叠部分，可得每代粒子种群各个粒子对应的发电调度图。

可选地，得到每代粒子种群各个粒子对应的调度图后，考虑到目标水库为年调节水库和梯级整体调度效果，则以目标水库为流域梯级河段最上游水库，将每代粒子种群各个粒子对应的候选年调节水库发电调度图通过梯级水库和电站联合发电调度模型进行联合发电调度模拟运行，将整个梯级的调度情况反馈到目标水库的调度图中，即确定每代粒子种群各个粒子对应的梯级水电站年平均发电量，包括：

步骤5：得到每代粒子种群各个粒子对应的调度图后，将调度图作为输入带入到梯级水库和电站联合发电调度模型中，计算每代粒子种群各个粒子对应的目标函数值，其中，目标函数值为梯级水电站年平均发电量，利用梯级水库多年历史入库径流资料，建立梯级水库和电站联合发电调度模型，该模型以考虑保证率的梯级发电量最大为目标，用式(5)表示：

式中：E为梯级水电站多年总发电量；N(i,m,t)为第i电站m年t时段的出力；N_dg(i)为梯级第i电站保证出力；N_sg(i)为梯级第i电站模拟运行统计保证出力，即运行结果中年保证率对应出力；n(i)为第i水库蓄水期末未蓄满次数；α为惩罚系数；I为梯级电站总数；M为径流序列长度；T为年内单位时段总数；Δt为单位时段；

该模型以绘制调度图目标水库为梯级最上游水库，其余电站作为被补偿电站，进行联合发电调度模拟运行，从上游水库到下游水库依次进行模拟运算，目标水库和其余有调节能力水库按各水库调度图进行出力控制模拟运行，调度图使用规则如下：当水库时段初水位位于供水期某出力区时，水电站按供水期对应出力区出力工作；位于蓄水期某出力区时，水电站按蓄水期对应出力区出力工作，给定电站出力后，通过式(2)进行迭代计算可求得电站其余各参数指标；对径流式电站，按入库流量发电运行，通过式(2)直接计算可求得电站其余各项水能指标，综合梯级各电站数据可得目标函数值；

通过上述步骤得到各代粒子的目标函数值，即各代粒子的最优解以及初代全局最优解。

可选地，选取最终代次粒子群全局最优解即满足发电保证率的梯级水电站年平均发电量最大值对应的候选年调节水库发电调度图为目标水库的最优年调节水库发电调度图，包括：

步骤6：运行粒子群算法进行参数寻优，对于步骤3得到的初代各粒子，按步骤4和步骤5计算其适应度并设定各粒子当前位置为初代最优解后，取其中最优适应度对应解为初代全局最优解，并按式(6)更新调整粒子群各粒子速度和位置：

式中，i＝1，2，…，M。k表示迭代次数；i表示群体粒子序号，d表示维度编号；分别表示第k次迭代i粒子d维的速度、位置；ω_k表示惯性权重；表示第k次迭代i粒子最优值；gbest_k表示第k次迭代全局最优值；rand()是介于[0，1]之间的随机数；C₁、C₂是学习因子，通常取C₁＝C₂＝2；

其后，对更新的粒子X(k)，k>1，仍然按上述模拟运行方式计算每个粒子的适应度，即调度模型的目标函数值计算结果；比较粒子适应度与当前粒子最优值pbest下的适应度，当前者比后者更优，则更新个体适应度值，同时更新pbest位置为当前位置；否则，不更新适应度值和pbest位置；待所有粒子均更新后，比较每个粒子pbest下的适应度与gbest下的适应度，当前者比后者更优，则更新全局适应度值，同时更新gbest位置，否则，不更新适全局应度值和gbest位置；

评价种群X(k+1)，计算每个粒子的适应度，未达结束条件则继续进行粒子群更新，评价新粒子群，返回步骤5，如此循环计算；计算完毕，即得到目标水库的最优年调节水库发电调度图。

第二方面，本发明实施例提供了一种年调节水库发电调度图的多参数优选绘制***，包括：

发电调度图绘制参数设定单元，用于设定目标水库的发电调度图绘制参数，并设定发电调度图各绘制参数的取值范围，所述发电调度图绘制参数包括典型年径流序列个数、供水期代表年经验频率、蓄水期代表年经验频率、蓄供水期指示出力之比、供水期最大加大出力值、蓄水期最大加大出力值，加大出力线个数、供水期最小降低出力值、蓄水期最小降低出力值以及降低出力线个数等全部10个参数。

粒子确定单元，用于根据所述发电调度图绘制参数以及其取值范围，初始化粒子群优化算法的参数，并用于更新、确定各代粒子。

候选调度图绘制单元，用于绘制每代粒子种群各个粒子对应的候选年调节水库发电调度图，其中每代粒子种群各个粒子包括所述发电调度图绘制参数，每个参数取其取值范围中的一个值。

联合发电调度模拟单元，用于将每代粒子种群各个粒子对应的候选年调节水库发电调度图通过梯级水库和电站联合发电调度模型进行联合发电调度模拟运行，从上游到下游水库和电站依次进行模拟运算，将整个梯级的调度情况反馈到目标水库的调度图中，即确定每代粒子种群各个粒子对应的梯级水电站年平均发电量。

最优发电调度图确定单元，用于选取最终代次粒子群全局最优解即梯级水电站年平均发电量最大值对应的候选年调节水库发电调度图为目标水库的最优年调节水库发电调度图；利用梯级水库多年历史入库径流信息建立梯级水库和电站联合发电调度模型，以目标水库为梯级水库的最上游水电站，流域梯级河段上与目标水库有水力电力联系的电站为被补偿电站，所述最终迭代次粒子群的全局最优解满足目标水库的发电保证率。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明通过将优化思想引入水库调度图的绘制过程中进行参数优选，避免了参数选取过程中的人为主观性。

2、本发明绘制所得调度图在形式上与传统调度图一致，在不影响调度图直观易用等特点的同时实现了调度图的优化绘制。

3、本发明在优化过程中采用梯级水库模拟运行模型，充分考虑了梯级河段下游水库和电站对绘制调度图目标水库的影响与补偿调节作用，所得结果能够为梯级水库发电调度提供参考。

附图说明

图1为现有某年水库发电调度图；

图2为本发明实施例提供的年调节水库发电调度图的多参数优选绘制方法流程示意图；

图3为本发明实施例提供的水电站优化发电调度图绘制流程图；

图4为本发明实施例提供的时历法、供蓄水期分期绘制调度图流程图；

图5为本发明实施例提供的某年调节水库优化发电调度图；

图6为本发明实施例提供的年调节水库发电调度图的多参数优选绘制***结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图2为本发明实施例提供的年调节水库发电调度图的多参数优选绘制方法流程示意图；包括步骤S101至步骤S103。

S101，设定目标水库的发电调度图绘制参数，并设定发电调度图各绘制参数的取值范围，所述发电调度图绘制参数包括典型年径流序列个数、供水期代表年经验频率、蓄水期代表年经验频率、蓄供水期指示出力之比、供水期最大加大出力值、蓄水期最大加大出力值，加大出力线个数、供水期最小降低出力值、蓄水期最小降低出力值以及降低出力线个数等全部10个参数。

S102，根据所述发电调度图绘制参数以及其取值范围，初始化粒子群优化算法的参数，并根据粒子群优化算法确定各代粒子种群，并绘制每代粒子种群各个粒子对应的候选年调节水库发电调度图，其中每代粒子种群各个粒子包括所述发电调度图绘制参数，每个参数取其取值范围中的一个值。

S103，将每代粒子种群各个粒子对应的候选年调节水库发电调度图通过梯级水库和电站联合发电调度模型进行联合发电调度模拟运行，从上游到下游水库和电站依次进行模拟运算，将整个梯级的调度情况反馈到目标水库的调度图中即确定每代粒子种群各个粒子对应的梯级水电站年平均发电量，选取最终代次粒子群全局最优解即满足发电保证率的梯级水电站年平均发电量最大值对应的候选年调节水库发电调度图为目标水库的最优年调节水库发电调度图；利用梯级水库多年历史入库径流信息建立梯级水库和电站联合发电调度模型，并考虑到目标水库为年调节水库，故以目标水库为流域梯级河段最上游水库，流域梯级河段中与目标水库有水力电力联系的水库为被补偿水库，且所述最终迭代次粒子群全局最优解满足目标水库的发电保证率。

具体地，各步骤的细化流程可参照下述图3、图4所示实施例的介绍，在此不做赘述。

图3为本发明实施例提供的水电站优化发电调度图绘制流程图。以下详细说明。

将决定调度图绘制过程的特征归纳为表1中的全部参数，然后通过优化算法控制参数向最优方向变化，最终得到优化发电调度图，整体流程如图3所示。

首先，设置粒子群算法各项参数并进行粒子初始化。

选择种群粒子总数M；每个粒子的维数D，各维变量均从绘制调度图的过程中归纳总结得到，如表1所示。

表1水库发电调度图优化过程中各参数取值范围

表1中，n为实测径流序列总数目；N_dg表示供水期保证出力，N_ins表示电站装机容量；N_sg表示蓄水期保证出力；r＝N_sg/N_dg；N_min表示等流量调节所得最小出力。

需要说明的是，计算保证出力区上下调度线的各时间点水位值时采用的是等保证出力逆时序计算方法。

在水能计算(水能计算是水库调度中基本计算，其针对单一时段而言，指在水库上游时段初水位，水库上游时段末水位，水库下游时段平均水位、时段平均入库流量、时段平均出库流量、时段平均出力六个量中，已知3个，即可根据相关公式计算出剩余3个数据)中等出力逆时序计算是指针对某一个时段，已知时段末水位值，时段平均出力和时段入库流量，来计算其余数据。

针对一个水文年度所有时段，则需从最后一个时段开始，依次向前计算，比如第三个时段单时段计算完毕后，即可得到第三个时段初水位，同时也就是第二个时段的时段末水位，可以继续下去，直至计算到第一个时段初完毕，由于供水期和蓄水期的水位变化方向相反，且供水期期末水位是死水位，蓄水期期末水位是正常蓄水位，因此需要区分处理，故首先需要进行供蓄水期分期，分期完毕后，才可以进行下一步的计算。因此表1中给出了几项含有“供”、“蓄”字样的指标，表示参数属于供水期还是蓄水期的。

对于需要设置具体数值的时段末水位值、时段平均出力、时段入库流量这三个参数。

其中，时段末水位值表示在一个水文年度的计算中，水库供水期从供水期末开始逆时序计算，供水期末水位值为死水位，蓄水期从蓄水期末开始逆时序计算，蓄水期末水位值为正常蓄水位。时段平均出力，表示计算保证出力区时，该出力选为保证出力。保证出力是通过计算每年径流序列的供水期所有时段的平均出力，并选择一个保证率对应的出力得到的。3.时段入库流量。从上述描述中，可以知道，对于一个径流序列(由几个连续时段的径流量组成，被选择用来计算的径流序列称为典型年径流序列)，可以计算出一组水位值，即这几个连续时段的时段初、末水位值(一个时段的时段初水位也是其前一个时段的时段末水位，其时段末水位也是其后一个时段的时段初水位)，这组水位值可以连成一条调度线，但是一条线是不能构成一个区域的，因此至少需要两条，对于多条线的情况，则通过取包络线，即取每个时段里水位最高的点作为上包络线的点，取每个时段里水位最低的点作为下包络线的点，这样就得到了两条调度线，它们组成了一个出力区。因此被选择径流序列的个数，其下限为2，上限为n，n表示已知的径流序列总数目；供蓄水期调度线数目选取一致，一是便于后期整合供蓄水期组成调度图，再者减少参数数目，加快算法运行速度。

给定数目之后，还需知道选择哪些年份，其方法是先选择一个频率(0到1之间的数值)对应的年份，再在其附近向频率大的方向和频率小的方向各选择指定数量的一半，这个率先选择的年份成为代表年，其频率为代表年经验频率，供水期代表年经验频率基于对保证率的考虑，选择范围为85％-95％，蓄水期由于来水量大，不会出现不满足保证出力的情况，因此考虑给予经验频率可达到的全部范围(这里设为1％-99％)。

供水期通过保证出力N_dg(专指供水期计算得到的保证出力)来计算保证出力区，而蓄水期仍然通过保证出力进行计算的话，得到的调度图模拟调度效果不理想，发电量较小，而针对蓄水期采用和计算供水期保证出力一样的方法计算出的出力值(这里称之为蓄水期“保证出力”)N_sg作为推求蓄水期调度线的出力值，得到的调度图发电量虽然大，但是却不能满足保证率的要求，因此蓄水期推求调度线的出力值的合理取值在供水期保证出力N_dg和蓄水期保证出力N_sg范围之内，因此将二者设置为上下限，这里设置一个参数指标r，r为蓄、供水期保证出力区对应出力之比的最大值，即蓄、供水期等流量调节计算所得保证出力之比N_sg/N_dg，通过r可求得蓄水期的指示出力(将用于计算蓄水期调度线的出力)值；N_dg为供水期保证出力；N_sg为蓄水期保证出力。

其次，得到保证出力区之后，计算加大出力区和降低出力区。

由于供、蓄水期计算保证出力区时选择的出力不同，而加大、降低出力是基于保证出力进行计算得到的，因此相应得，供、蓄水期加大出力、降低出力也互不相同，故取值不同。对加大出力线，首先需要明确其数目，通常至少1条，如果过多，得到的调度图调度线过于密集，不易于工程人员使用，几乎没有5条以上的情况，因此设置最大值为5，降低出力线数目选择同理，出力线数目供蓄水期之间没有区分的原因是保证供蓄水期数目一致才能得到完整的调度图，否则有个别调度线无法贯穿整个调度图，影响工程人员使用。

供水期最大加大出力是指计算图中位置最高的加大出力线时使用的出力值，加大出力的下限是上保证出力线，因此最小的最大加大出力至少不应小于保证出力，最大的出力值也不会超过电站的装机容量(电站所有机组的最大发电能力之和)，因此上下边界设为N_dg和N_ins，N_ins为电站装机容量；在确定加大出力线个数之后，即可通过线性插值的方式得到所有加大出力线计算时使用的出力值。

同理，降低出力需指定最小值，最小降低出力的最大值一定是保证出力，而其最小值N_min设置为等流量调节计算所得最小出力。因为如果将N_min设置为0，则寻优空间过大，且过小出力得到的调度线起不到水位控制的作用，因此考虑与选择保证出力时一样的方法，选择计算所得的最小出力作为最小降低出力的最小值。

然后，确定了要选参数的意义之后，随即初始化每个粒子的初始位置X_i和初始速度V_i如下形式：

对每一个选择的粒子，根据各维参数值按图4所示步骤绘制水库调度图，注意供蓄水期分别绘制。对选定的径流过程，结合选择的出力进行计算后可得到对应的水库水位过程线。绘制所有调度线即得电站发电调度图。

其次，以调度图作为部分输入，利用梯级水库多年历史入库径流资料，建立梯级水库和电站联合发电调度模型，该模型以考虑保证率的梯级发电量最大为目标，用下式表示，

式中：E为梯级水电站多年总发电量，亿kW·h；N(i,m,t)为第i电站m年t时段的出力，kW；N_dg(i)为梯级第i电站保证出力，kW；N_sg(i)为梯级第i电站模拟运行统计保证出力，即运行结果中年保证率对应出力，kW；n(i)为第i水库蓄水期末未蓄满次数；α为惩罚系数；I为梯级电站总数；M为径流序列长度，年；T为年内单位时段总数；Δt为单位时段，h。

从上游到下游水库和电站依次进行调度模拟运算，求出各电站各时段水位、出库流量、电站出力、发电量等指标，进而可得到目标函数值。其中，对调度图绘制目标水库，根据粒子对应的调度图进行出力控制模拟运行，调度图使用规则如下：当水库时段初水位位于供水期某出力区时，水电站按供水期对应出力区出力工作；位于蓄水期某出力区时，水电站按蓄水期对应出力区出力工作。对其它电站，设置合适调度规则进行模拟调度。

最后，运行粒子群算法进行参数寻优。对于初代各粒子，计算其适应度并设定各粒子当前位置为初代最优解，取其中最优适应度对应解为初代全局最优解，并按式(3)更新调整粒子群各粒子速度和位置。

其后，对粒子种群X(k)，k>1，按上述方式模拟运行计算每个粒子的适应度，即调度模型的目标函数值计算结果；比较粒子适应度与当前粒子最优值pbest下的适应度。当前者比后者更优，则更新个体适应度值，同时更新pbest位置为当前位置。否则，不更新适应度值和pbest位置；待所有粒子均更新后，比较每个粒子pbest下的适应度与gbest下的适应度，当前者比后者更优，则更新全局适应度值，同时更新gbest位置。否则，不更新全局适应度值和gbest位置。

评价种群X(k+1)，计算每个粒子的适应度，未达结束条件则继续更新粒子群，评价新粒子群，如此循环计算；计算完毕，即得到设置调度规则和历史径流资料输入下的水库优化发电调度图。

在一个具体的实施例中，本发明图2或图3所示的调度图优化绘制方法具体实施步骤如下：

步骤1：针对需绘制调度图的目标水库，需先计算划分供、蓄水期之后，才能进行后续计算。分期方法如下，将其径流序列资料按水文年排序，并求得各月的平均流量Q_m，以及多年平均流量Q_y，根据Q_m和Q_y进行判断，如果Q_m>Q_y，则可认为对应该月为蓄水月份，反之如果Q_m<Q_y，则可认为对应该月为供水月份。然后通过式(1)进行进一步试算：

若计算得Q_d大于供水期所有月份的天然来水量，且小于非供水期各月份的天然来水量，则认为确定的供水期正确，若计算得Q_s小于蓄水期所有月份的天然来水量，且大于非蓄水期各月份的天然来水量，则认为确定的蓄水期正确，否则重新假定试算，直到满足条件为止。

步骤2：分期完毕后，将径流系列中各水文年供水期分别按等流量调节方法计算出力，在计算中，从正常蓄水位开始按式(2)进行顺时程调节计算,求出各水文年供水期的平均出力。

将求得的各年供水期平均出力，按式(3)进行经验频率计算：

式中：P为经验频率值，m为顺序量，n为实测径流序列总数；选取与规定发电保证率(通常为90％或者95％)相近的一年作为保证出力代表年，该年的供水期平均出力作为保证出力。保证出力用于计算保证出力线，并作为表1中参数供水期最大加大出力值下限和供水期最小降低出力值上限，还作为蓄水期保证出力线计算时所需出力值的参考基准(表1中蓄供水期指示出力之比乘以该基准可得到蓄水期保证出力线计算时所需出力值)。

同理针对蓄水期，从蓄水期初死水位开始进行顺时序等流量调节计算，求出各蓄水期平均出力，顺序排频后取保证率对应出力为蓄水期保证出力，把该出力值与供水期保证出力之比，作为蓄供水期指示出力之比上限(表1中的r)。

步骤3：设置粒子群算法各项参数并进行粒子初始化。选择种群粒子总数M＝20；每个粒子的维数D＝10，各维变量物理意义及取值范围见表1，表中，n为径流序列总数；r为蓄、供水期保证出力区对应出力(即指示出力)之比的最大值，可取为蓄、供水期等流量调节计算所得保证出力之比；N_dg为供水期保证出力；N_sg为蓄水期保证出力；N_ins为装机容量；N_min为等流量调节计算所得最小出力。初始化每个粒子的初始位置X_i和速度V_i如下：

对每一个选择的粒子，按照各维变量的初始化数值选取相关绘制参数。典型年径流序列个数作为计算各条调度线时输入的径流序列的个数；根据供水期代表年频率选择第一条典型径流过程线，再依据径流个数向上下各选择总个数二分之一个，若余下径流序列个数为奇数m，则取上半部分典型径流个数为(m-1)/2，下半部分为(m+1)/2，反之亦可；蓄水期代表年经验频率作用同理；供水期保证出力乘以蓄供水期指示出力之比得蓄水期指示出力，供水期保证出力用于计算保证出力线，蓄水期指示出力用于计算蓄水期保证出力线；供、蓄水期最大加大出力值分别作为供、蓄水期加大出力上限；供、蓄水期最小降低出力值作为供、蓄水期降低出力值下限；加大出力线个数用于确定最大加大出力值与保证/指示出力值之间的出力值个数，降低出力线个数用于确定保证/指示出力值与最小降低出力值之间的出力值个数，有了出力线个数和出力值边界，可通过线性插值的方式确定各出力线对应的出力，进而可以计算调度线各时段水位值。在算法运行期间，各参数均须在可行域内寻优。

步骤4：得到绘制参数后，绘制水库调度图，由于供蓄水期差异较大，因此供蓄水期分别绘制调度线，绘制完毕后拼接供蓄水期调度线可得调度图，绘制流程如图3所示。根据步骤1分期结果开始计算，通过步骤2得到供水期和蓄水期绘制保证出力区的出力值，然后根据公式(2)，对选取的每一个典型径流过程，采取等出力的方式，供水期从供水期末相应的指示水位(死水位)，逆时序计算至供水期初(回到相应水位)；蓄水期从蓄水期末相应的指示水位(正常蓄水位)，逆时序计算至蓄水期初(死水位)。每一个时段的计算方法如下：

步骤4.1：假定初始下泄流量，由水库末水位、此时段入库流量等基本资料，运用水量平衡原理，计算时段初水位。

步骤4.2：由计算所得的初水位以及已知的末水位、假定的下泄流量等资料，用出力公式计算时段出力。

步骤4.3：判断时段出力是否等于保证出力(或者差值在迭代精度范围内)，如果两者相等或者满足迭代精度，则进入(4.4)，否则返回(4.1)，重新假定下泄流量。

步骤4.4：判断满足保证出力条件下的时段初水位(或库容)是否在水位区间范围内，即是否在死水位和正常蓄水位(或汛限水位)之间，若在此区间则直接进入下一个时段计算，若不在此区间，则进入(4.5)。

步骤4.5：若计算的时段初水位大于正常蓄水位/汛限水位，则强制时段初水位为正常蓄水位/汛限水位，然后运用出力公式计算实际出力；若初水位低于死水位，则修正时段初水位为死水位，同理运用出力公式计算实际出力。

运用上述步骤4.1-步骤4.5表示的方法，分别对供、蓄水期以供水期保证出力和步骤3给出的蓄供水期指示出力之比(表1中参数)乘以保证出力的结果为等出力值进行计算，对根据步骤3给出的表1中典型年径流序列个数、供水期代表年经验频率、蓄水期代表年经验频率三个参数值来选取的所有典型径流过程进行计算后，可对供、蓄水期分别得到一组对应的水库水位过程线，取其上、下包络线可得到供蓄水期上、下基本调度线；计算加大出力调度线时，分别以步骤3得到的各加大出力值作为等出力逆时序计算时的出力，将所有的典型径流过程进行计算后，对得到的各组(每个出力值一组)对应水库水位过程线取上包络线即得，计算各降低出力调度线时，同理以步骤3得到的各降低出力值作为等出力逆时序计算时的出力，将所有的典型径流过程进行计算后，对得到的各组对应的水库水位过程线取其下包络线即得，将各线整合，消除重叠部分，可得电站初始发电调度图。

步骤5：得到调度图后，可以将调度图作为输入带入到模拟调度模型中，计算目标函数值。利用梯级水库多年历史入库径流资料，建立梯级水库和电站联合发电调度模型，该模型以考虑保证率的梯级发电量最大为目标，用式(5)表示，

该模型以绘制调度图目标水库为梯级最上游水电站，其余电站作为被补偿电站，进行联合发电调度模拟运行，从上游水库到下游水库依次进行模拟运算。对有调节能力的水电站按照调度图运行，对调度图绘制目标水库，根据调度图进行出力控制模拟运行，调度图使用规则如下：当水库时段初水位位于供水期某出力区时，水电站按供水期对应出力区出力工作；位于蓄水期某出力区时，水电站按蓄水期对应出力区出力工作。给定电站出力后，通过式(2)进行迭代计算可求得电站其余各参数指标。对径流式电站，按入库流量发电运行，通过式(2)直接计算可求得电站其余各项水能指标，综合梯级各电站数据可得目标函数值。通过上述步骤得到初代粒子群的各粒子初代最优解以及初代全局最优解。

步骤6：运行粒子群算法进行参数寻优。对于步骤3得到的初代各粒子，按步骤4和5计算其适应度并设定各粒子当前位置为初代最优解后，取其中最优适应度对应解为初代全局最优解，并按式(6)更新调整粒子群各粒子速度和位置。

其后，对更新的粒子种群X(k)，k>1，仍然按上述模拟运行方式计算每个粒子的适应度，即调度模型的目标函数值计算结果；比较粒子适应度与当前粒子最优值pbest下的适应度。当前者比后者更优，则更新个体适应度值，同时更新pbest位置为当前位置。否则，不更新适应度值和pbest位置；待所有粒子均更新后，比较每个粒子pbest下的适应度与gbest下的适应度，当前者比后者更优，则更新全局适应度值，同时更新gbest位置。否则，不更新适全局应度值和gbest位置。

评价种群X(k+1)，计算每个粒子的适应度，未达结束条件则继续进行粒子群更新，评价新粒子群，返回步骤5，如此循环计算；计算完毕，即得到设置调度规则和历史径流资料输入下的水库优化发电调度图，其形式如图5所示。图1所示的传统调度图控制线控制范围较大，即意味着控制作用相对较弱，且供蓄水期出力区出力值一致，没能考虑径流的丰枯特性和水库的供蓄功能特点。而如图5所示的优化调度图不仅考虑了供蓄水期特性，还进一步加强了水库水位控制作用，而且通过优化算法选取了各出力区数值。且按照优化调度图模拟运行，在优化调度图的控制作用下，水库水位会更平稳地增长，调丰作用得以更充分发挥，能够减少水库弃水量，增加电站发电效益，实际上优化调度线的最高水位线起到了防弃水线的作用。

图6为本发明实施例提供的年调节水库发电调度图的多参数优选绘制***结构示意图，如图6所示，包括：发电调度图绘制参数设定单元、粒子确定单元、候选调度图绘制单元、联合发电调度模拟单元以及最优发电调度图确定单元。

发电调度图绘制参数设定单元，用于设定目标水库的发电调度图绘制参数，并设定发电调度图各绘制参数的取值范围，所述发电调度图绘制参数包括典型年径流序列个数、供水期代表年经验频率、蓄水期代表年经验频率、蓄供水期指示出力之比、供水期最大加大出力值、蓄水期最大加大出力值，加大出力线个数、供水期最小降低出力值、蓄水期最小降低出力值以及降低出力线个数等全部10个参数。

粒子确定单元，用于根据所述发电调度图绘制参数以及其取值范围，初始化粒子群优化算法的参数，并用于更新、确定各代粒子。

候选调度图绘制单元，用于绘制每代粒子种群各个粒子对应的候选年调节水库发电调度图，其中每代粒子种群各个粒子包括所述发电调度图绘制参数，每个参数取其取值范围中的一个值。

联合发电调度模拟单元，用于将每代粒子种群各个粒子对应的候选年调节水库发电调度图通过梯级水库和电站联合发电调度模型进行联合发电调度模拟运行，从上游到下游水库和电站依次进行模拟运算，将整个梯级的调度情况反馈到目标水库的调度图中即确定每代粒子种群各个粒子对应的梯级水电站年平均发电量。

最优发电调度图确定单元，用于选取最终代次粒子群全局最优解即满足发电保证率的梯级水电站年平均发电量最大值对应的候选年调节水库发电调度图为目标水库的最优年调节水库发电调度图；利用梯级水库多年历史入库径流信息建立梯级水库和电站联合发电调度模型，以目标水库为梯级水库的最上游水电站，流域梯级河段上与目标水库有水力电力联系的电站为被补偿电站，所述最终迭代次粒子群的全局最优解满足目标水库的发电保证率。

需要说明的是，图6还可包括更多或更少的部件，各部件完成的功能可参照上述图2、图3和图4所示的实施例，在此不做赘述。

本发明属于水电站发电调度领域，提供一种年调节水库发电调度图的多参数优选绘制方法及***。本发明依照时历法，供蓄水期分期绘制水库调度图，通过粒子群优化算法同时控制调度图绘制过程中的多个绘制参数，并建立模拟运行情形下以兼顾保证出力的梯级水电站年平均发电量最大为目标的优化模型，求解模型可得到水电站优化发电调度图。本发明在绘制过程中引入优化思想，能得到简单易用的年调节水库发电调度图，可作为水电站发电调度的依据。

以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种年调节水库发电调度图的多参数优选绘制方法，其特征在于，包括：

设定目标水库的发电调度图绘制参数，并设定发电调度图各绘制参数的取值范围，所述发电调度图绘制参数包括典型年径流序列个数、供水期代表年经验频率、蓄水期代表年经验频率、蓄供水期指示出力之比、供水期最大加大出力值、蓄水期最大加大出力值、加大出力线个数、供水期最小降低出力值、蓄水期最小降低出力值以及降低出力线个数；

根据所述发电调度图绘制参数以及其取值范围，初始化粒子群优化算法的参数，并根据粒子群优化算法确定各代粒子种群，并绘制每代粒子种群各个粒子对应的候选年调节水库发电调度图，其中每代粒子种群各个粒子包括所述发电调度图绘制参数，每个参数的取值不超出其预设取值范围；

将每代粒子种群各个粒子对应的候选年调节水库发电调度图通过梯级水库联合发电调度模型进行联合发电调度模拟运行，从上游到下游水库依次进行模拟运算，确定每代粒子种群各个粒子对应的梯级水库年平均发电量，选取最终代次粒子群全局最优解即梯级水库年平均发电量最大值对应的候选年调节水库发电调度图为目标水库的最优年调节水库发电调度图；利用梯级水库多年历史入库径流信息建立梯级水库联合发电调度模型，以目标水库为流域梯级河段最上游水库，流域梯级河段中与目标水库有水力电力联系的水库为被补偿水库，且所述最终代次粒子群全局最优解满足目标水库的发电保证率，所述梯级水库联合发电调度模型利用梯级水库多年历史入库径流资料建立；梯级水库联合发电调度模型以考虑保证率的梯级发电量最大为目标，用公式(1)表示：

式中：E为梯级水库多年总发电量；N(i,m,t)为第i水库m年t时段的出力；α为惩罚系数；I为梯级水库总数；M为径流序列长度；T为年内单位时段总数；Δt为单位时段；

该模型以绘制调度图目标水库为梯级最上游龙头水库，其余水库作为被补偿水库，以此进行梯级水库联合发电调度模拟运行，从上游水库到下游水库依次进行模拟运算，目标水库和其余有调节能力水库按各水库调度图进行出力控制模拟运行，调度图使用规则如下：当水库时段初水位位于供水期某出力区时，水库按供水期对应出力区出力工作；位于蓄水期某出力区时，水库按蓄水期对应出力区出力工作，给定水库出力后，通过式(2)进行迭代计算可求得水库其余各参数指标；

公式(2)如下：

式中：N为水库出力，A为综合出力系数，Q为调节流量，Z_u0为水库上游时段初水位，Z_ut为水库上游时段末水位，Z_u(V)为水库上游水位-库容关系，Z_d(Q)为水库下游水位-下泄流量关系，H为净水头，H_g为毛水头，H_l为水库水头损失，V_t表示水库时段末库容，V₀表示水库时段初库容；I表示入库流量，Δt表示时段长；

对径流式水库，按入库流量发电运行，通过式(2)直接计算可求得水库其余各项水能指标，综合梯级各水库数据可得目标函数值。

2.根据权利要求1所述的年调节水库发电调度图的多参数优选绘制方法，其特征在于，设定目标水库的发电调度图绘制参数，并设定发电调度图各绘制参数的取值范围，包括：

典型年径流序列个数的取值范围为2-n，n为实测径流序列总数目；

供水期代表年经验频率根据目标水库的发电保证率确定，取值范围为85％-95％；

蓄水期代表年经验频率的取值范围为1％-99％；

供水期最大加大出力值的取值范围为N_dg-N_ins，N_dg表示供水期保证出力，N_ins表示水库装机容量；

蓄水期最大加大出力值的取值范围为N_sg-N_ins，N_sg表示蓄水期保证出力；

蓄供水期指示出力之比的取值范围为1.0-r，r＝N_sg/N_dg；

加大出力线个数的取值范围为1-5；

供水期最小降低出力值的取值范围为N_min-N_dg，N_min表示等流量调节所得最小出力；

蓄水期最小降低出力值的取值范围为N_min-N_sg；

降低出力线个数的取值范围为1-5。

3.根据权利要求1或2所述的年调节水库发电调度图的多参数优选绘制方法，其特征在于，绘制每代粒子种群各个粒子对应的候选年调节水库发电调度图，包括如下步骤：

得到每代粒子种群各个粒子对应的绘制参数后，绘制水库调度图，由于供蓄水期差异较大，因此供蓄水期分别绘制调度线，绘制完毕后拼接供蓄水期调度线得到调度图，根据供水期和蓄水期分期结果开始计算，得到供水期和蓄水期绘制保证出力区的出力值，然后根据公式(2)，对选取的每一个典型径流过程，采取等出力的方式，供水期从供水期末相应的指示水位，逆时序计算至供水期初；

蓄水期从蓄水期末相应的指示水位，逆时序计算至蓄水期初，每一个时段的计算方法如下：

步骤(1)：假定初始下泄流量，由水库末水位和此时段入库流量，运用水量平衡原理，计算时段初水位；

步骤(2)：由计算所得的初水位以及已知的末水位和假定的下泄流量，用出力公式(2)计算时段出力；

步骤(3)：判断时段出力是否等于保证出力，如果两者相等或者满足迭代精度，则执行步骤(4)，否则返回步骤(1)，重新假定下泄流量；

步骤(4)：判断满足保证出力条件下的时段初水位是否在水位区间范围内，即是否在死水位和正常蓄水位之间，若在此区间则直接进入下一个时段计算，若不在此区间，则执行步骤(5)；

步骤(5)：若计算的时段初水位大于正常蓄水位/汛限水位，则强制时段初水位为正常蓄水位/汛限水位，然后运用出力公式(2)计算实际出力；若初水位低于死水位，则修正时段初水位为死水位，同理运用出力公式(2)计算实际出力。

4.根据权利要求3所述的年调节水库发电调度图的多参数优选绘制方法，其特征在于，执行步骤(1)-步骤(5)时，分别对供、蓄水期以供水期保证出力和蓄供水期指示出力之比乘以保证出力的结果为等出力值进行计算，对典型年径流序列个数、供水期代表年经验频率、蓄水期代表年经验频率三个参数值来选取的所有典型径流过程进行计算后，可对供、蓄水期分别得到一组对应的水库水位过程线，取其上、下包络线可得到供蓄水期上、下基本调度线；计算加大出力调度线时，分别以各加大出力值作为等出力逆时序计算时的出力，将所有的典型径流过程进行计算后，对得到的各组对应水库水位过程线取上包络线即得，计算各降低出力调度线时，同理以各降低出力值作为等出力逆时序计算时的出力，将所有的典型径流过程进行计算后，对得到的各组对应的水库水位过程线取其下包络线即得，将各线整合，消除重叠部分，可得每代粒子种群各个粒子对应的发电调度图。

5.根据权利要求4所述的年调节水库发电调度图的多参数优选绘制方法，其特征在于，将每代粒子种群各个粒子对应的候选年调节水库发电调度图通过梯级水库联合发电调度模型进行联合发电调度模拟运行，确定每代粒子种群各个粒子对应的梯级水库年平均发电量，包括如下步骤：

得到每代粒子种群各个粒子对应的调度图后，以目标水库为流域梯级河段最上游水库，将调度图作为输入带入到梯级水库联合发电调度模型中，计算每代粒子种群各个粒子对应的目标函数值，其中，目标函数值为梯级水库年平均发电量，利用梯级水库多年历史入库径流资料，建立梯级水库联合发电调度模型；通过上述步骤得到各代粒子的目标函数值，即各代粒子的最优解以及初代全局最优解。

6.根据权利要求5所述的年调节水库发电调度图的多参数优选绘制方法，其特征在于，选取最终代次粒子群全局最优解即梯级水库年平均发电量最大值对应的候选年调节水库发电调度图为目标水库的最优年调节水库发电调度图，包括如下步骤：

运行粒子群算法进行参数寻优，对于初代各粒子，按权利要求3所述的步骤和权利要求5所述的步骤计算其适应度并设定各粒子当前位置为初代最优解后，取其中最优适应度对应解为初代全局最优解，并按式(3)更新调整粒子群各粒子速度和位置：

式中，i＝1，2，…，M，k表示迭代次数；i表示群体粒子序号，d表示维度编号；分别表示第k次迭代i粒子d维的速度、位置；ω_k表示惯性权重；表示第k次迭代i粒子最优值；gbest_k表示第k次迭代全局最优值；rand()是介于[0，1]之间的随机数；C₁、C₂是学习因子，取C₁＝C₂＝2；

其后，对更新的粒子X(k)，k>1，仍然按上述模拟运行方式计算每个粒子的适应度，即调度模型的目标函数值计算结果；比较粒子适应度与当前粒子最优值pbest下的适应度，当前者比后者更优，则更新个体适应度值，同时更新pbest位置为当前位置；否则，不更新适应度值和pbest位置；待所有粒子均更新后，比较每个粒子pbest下的适应度与gbest下的适应度，当前者比后者更优，则更新全局适应度值，同时更新gbest位置，否则，不更新全局应适度值和gbest位置；

评价种群X(k+1)，计算每个粒子的适应度，未达结束条件则继续进行粒子群更新，评价新粒子群，返回权利要求5所述的步骤，如此循环计算；计算完毕，即得到目标水库的最优年调节水库发电调度图。

7.一种年调节水库发电调度图的多参数优选绘制***，其特征在于，包括：

发电调度图绘制参数设定单元，用于设定目标水库的发电调度图绘制参数，并设定发电调度图各绘制参数的取值范围，所述发电调度图绘制参数包括典型年径流序列个数、供水期代表年经验频率、蓄水期代表年经验频率、蓄供水期指示出力之比、供水期最大加大出力值、蓄水期最大加大出力值，加大出力线个数、供水期最小降低出力值、蓄水期最小降低出力值以及降低出力线个数；

粒子确定单元，用于根据所述发电调度图绘制参数以及其取值范围，初始化粒子群优化算法的参数，并用于更新、确定各代粒子；

候选调度图绘制单元，用于绘制每代粒子种群各个粒子对应的候选年调节水库发电调度图，其中每代粒子种群各个粒子包括所述发电调度图绘制参数，每个参数取其取值范围中的一个值；

联合发电调度模拟单元，用于将每代粒子种群各个粒子对应的候选年调节水库发电调度图通过梯级水库联合发电调度模型进行联合发电调度模拟运行，从上游到下游水库依次进行模拟运算，确定每代粒子种群各个粒子对应的梯级水库年平均发电量；

最优发电调度图确定单元，用于选取最终代次粒子群全局最优解即梯级水库年平均发电量最大值对应的候选年调节水库发电调度图为目标水库的最优年调节水库发电调度图；利用梯级水库多年历史入库径流信息建立梯级水库联合发电调度模型，以目标水库为梯级水库的最上游水库，流域梯级河段上与目标水库有水力电力联系的水库为被补偿水库，所述最终代次粒子群的全局最优解满足目标水库的发电保证率；梯级水库联合发电调度模型以考虑保证率的梯级发电量最大为目标，用公式(1)表示：

式中：E为梯级水库多年总发电量；N(i,m,t)为第i水库m年t时段的出力；α为惩罚系数；I为梯级水库总数；M为径流序列长度；T为年内单位时段总数；Δt为单位时段；

该模型以绘制调度图目标水库为梯级最上游龙头水库，其余水库作为被补偿水库，以此进行梯级水库联合发电调度模拟运行，从上游水库到下游水库依次进行模拟运算，目标水库和其余有调节能力水库按各水库调度图进行出力控制模拟运行，调度图使用规则如下：当水库时段初水位位于供水期某出力区时，水库按供水期对应出力区出力工作；位于蓄水期某出力区时，水库按蓄水期对应出力区出力工作，给定水库出力后，通过式(2)进行迭代计算可求得水库其余各参数指标；

公式(2)如下：

式中：N为水库出力，A为综合出力系数，Q为调节流量，Z_u0为水库上游时段初水位，Z_ut为水库上游时段末水位，Z_u(V)为水库上游水位-库容关系，Z_d(Q)为水库下游水位-下泄流量关系，H为净水头，H_g为毛水头，H_l为水库水头损失，V_t表示水库时段末库容，V₀表示水库时段初库容；I表示入库流量，Δt表示时段长；

对径流式水库，按入库流量发电运行，通过式(2)直接计算可求得水库其余各项水能指标，综合梯级各水库数据可得目标函数值。

8.根据权利要求7所述的年调节水库发电调度图的多参数优选绘制***，其特征在于，发电调度图各绘制参数的取值范围分别为：

典型年径流序列个数的取值范围为2-n，n为实测径流序列总数目；

供水期代表年经验频率根据目标水库的发电保证率确定，取值范围为85％-95％；

蓄水期代表年经验频率的取值范围为1％-99％；

供水期最大加大出力值的取值范围为N_dg-N_ins，N_dg表示供水期保证出力，N_ins表示水库装机容量；

蓄水期最大加大出力值的取值范围为N_sg-N_ins，N_sg表示蓄水期保证出力；

蓄供水期指示出力之比的取值范围为1.0-r，r＝N_sg/N_dg；

加大出力线个数的取值范围为1-5；

供水期最小降低出力值的取值范围为N_min-N_dg，N_min表示等流量调节所得最小出力；

蓄水期最小降低出力值的取值范围为N_min-N_sg；

降低出力线个数的取值范围为1-5。