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水電系統(tǒng)中預(yù)報與調(diào)度的混合智能方法研究及應(yīng)用

來源:論文學(xué)術(shù)網(wǎng)
時間:2024-08-18 13:01:08
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水電系統(tǒng)中預(yù)報與調(diào)度的混合智能方法研究及應(yīng)用【摘要】:隨著水電建設(shè)的快速發(fā)展和工程規(guī)模的不斷拓寬,水電系統(tǒng)中的問題規(guī)模和復(fù)雜度也越來越大,表現(xiàn)出高維、非線性、非凸等復(fù)雜特性,利用傳

【摘要】: 隨著水電建設(shè)的快速發(fā)展和工程規(guī)模的不斷拓寬,水電系統(tǒng)中的問題規(guī)模和復(fù)雜度也越來越大,表現(xiàn)出高維、非線性、非凸等復(fù)雜特性,利用傳統(tǒng)方法和單一智能方法對問題進行求解時結(jié)果往往不夠理想,鑒于這種現(xiàn)狀,算法混合的思想就成為提高算法性能的一個重要而有效的途徑。因此根據(jù)研究問題的特點,如何有機結(jié)合各種算法的優(yōu)點,構(gòu)造更高效的算法,對提高水文預(yù)報的精度及水電系統(tǒng)經(jīng)濟、高效運行具有重要意義。本文首先系統(tǒng)介紹了概念性水文模型參數(shù)優(yōu)選及不確定性分析、中長期水文預(yù)報、水電站(群)優(yōu)化調(diào)度的研究現(xiàn)狀,結(jié)合湖南雙牌水庫、云南瀾滄江流域和貴州烏江流域的水電站(群)等工程,綜合利用遺傳算法、混沌系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)模糊推理、遺傳程序設(shè)計、支持向量機等多種人工智能技術(shù),深入研究了這些方法及其混合在概念性水文模型參數(shù)優(yōu)選、概念性水文模型參數(shù)不確定性分析、中長期水文預(yù)報、水電站(群)優(yōu)化調(diào)度的建模方法及應(yīng)用,取得了一些有價值的研究成果。主要內(nèi)容如下: (1)以湖南省雙牌水庫2000-2006年水情自動測報系統(tǒng)積累的48場1小時洪水過程資料為基礎(chǔ),預(yù)報模型采用三水源新安江模型,提出三水源新安江模型參數(shù)率定的模糊多目標(biāo)優(yōu)化混合啟發(fā)式遺傳算法。該算法應(yīng)用混沌變量生成初始種群,應(yīng)用退化混沌變異操作代替標(biāo)準(zhǔn)的變異操作,應(yīng)用SA技術(shù)提供局部鄰域搜索,從實際應(yīng)用出發(fā),采用洪峰流量、峰現(xiàn)時間和洪水總量的合格率作為場次洪水模擬的評價目標(biāo),對三水源新安江模型參數(shù)進行模糊多目標(biāo)優(yōu)選,模擬和檢驗的比較結(jié)果表明,提出的方法能較好地獲得短期洪水預(yù)報模型參數(shù)。 (2)應(yīng)用概念性水文模型進行水文模擬時,由于模型本身的不足及參數(shù)多、信息量少等原因,會出現(xiàn)率定的最優(yōu)參數(shù)組不唯一,不穩(wěn)定等問題??紤]到以往的參數(shù)優(yōu)選,都只得出一個參數(shù)組,無法評定優(yōu)化所得參數(shù)組的不確定性的影響,存在一定的片面性和局限性,使模型的實際應(yīng)用受到限制。針對這一問題。提出應(yīng)用基于馬爾可夫鏈蒙特卡羅(MCMC)理論的SCEM-UA算法,通過雙牌流域不同歷時的典型洪水?dāng)?shù)據(jù)對新安江模型參數(shù)進行隨機優(yōu)選和不確定性評估。結(jié)果表明,該算法能很好地推出新安江模型參數(shù)的后驗概率分布;率定和檢驗結(jié)果比較分析也表明,應(yīng)用SCEM-UA算法對新安江模型進行優(yōu)選和不確定評估是有效和可行的。 (3)對比研究了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)、自適應(yīng)模糊推理系統(tǒng)(ANFIS)、遺傳程序設(shè)計(GP)和支持向量機(SVM)在徑流中長期中的預(yù)報建模。為了評價它們在月徑流時間序列的預(yù)報效果,采用了幾個標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行評價措施,如相關(guān)系數(shù)(R)、確定性系數(shù)(E)、均方誤差(RMSE)和平均絕對百分誤差(MAPE)。應(yīng)用了時間序列分析建模技術(shù)ARMA作為參考的標(biāo)準(zhǔn)。通過漫灣水電站52年月徑流系列及洪家渡水電站54年的月徑流系列預(yù)測結(jié)果比較分析表明人工智能技術(shù)是個強有力的工具,能獲得比傳統(tǒng)時間序列分析方法更好的預(yù)報精度。分析結(jié)果也表明根據(jù)不同的統(tǒng)計評價指標(biāo),ANFIS、GP和SVM分別能獲得最好的預(yù)報結(jié)果。這說明ANTIS、GP和SVM相對于ARMA和ANN能提高月徑流時間序列預(yù)報的精度。 (4)利用混沌運動的遍歷性、隨機性和規(guī)律性等特點,提出了一種求解水電站水庫優(yōu)化調(diào)度問題的基于浮點數(shù)編碼的混沌遺傳(CGA)算法。該算法的思想是采用混沌優(yōu)化進行改善初始種群質(zhì)量和利用混沌退化變異算子代替常規(guī)算法中的變異算子,避免搜索過程陷入局部極值。利用兩個著名的測試函數(shù)對提出的算法進行驗證,分析結(jié)果表明提出的混沌遺傳算法不但具有傳統(tǒng)遺傳算法的全局多點搜索,占用內(nèi)存少等優(yōu)點,而且還較好地克服了傳統(tǒng)遺傳算法的易“早熟”、易陷入局部最優(yōu)和停滯的問題。通過對典型徑流水電站優(yōu)化調(diào)度,長系列歷史徑流資料的優(yōu)化計算和梯級水電群的優(yōu)化調(diào)度,并與傳統(tǒng)方法相比,結(jié)果說明了該算法能提高計算結(jié)果,并具有計算速度快,搜索效率高,收斂性能好等優(yōu)點。這說明提出的方法對求解復(fù)雜的水庫優(yōu)化調(diào)度問題是有效的和可行的。 最后對全文做了總結(jié),并對有待于進一步研究的問題進行了展望。 【關(guān)鍵詞】:水文模型 參數(shù)優(yōu)選 不確定性評估 徑流中長期預(yù)報 混合智能方法 水電站(群)優(yōu)化調(diào)度
【學(xué)位授予單位】:大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2008
【分類號】:TV124
【目錄】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-12
  • 1 緒論12-28
  • 1.1 選題的背景和研究的意義12-13
  • 1.2 水文模型參數(shù)優(yōu)選及不確定性研究現(xiàn)狀13-17
  • 1.2.1 水文模型參數(shù)優(yōu)選研究現(xiàn)狀13-15
  • 1.2.2 水文模型不確定性研究現(xiàn)狀15-17
  • 1.3 中長期水文預(yù)報研究現(xiàn)狀17-21
  • 1.4 水電站(群)優(yōu)化調(diào)度研究現(xiàn)狀21-25
  • 1.4.1 傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法21-23
  • 1.4.2 現(xiàn)代啟發(fā)式智能方法23-25
  • 1.5 研究現(xiàn)狀分析與結(jié)論25-26
  • 1.6 本文主要研究內(nèi)容26-28
  • 2 流域水文模型參數(shù)模糊多目標(biāo)優(yōu)化的混合啟發(fā)式算法28-50
  • 2.1 引言28-29
  • 2.2 新安江模型結(jié)構(gòu)與參數(shù)29-30
  • 2.3 混合啟發(fā)式優(yōu)化算法30-39
  • 2.3.1 遺傳算法(GA)31-32
  • 2.3.2 混沌(Chaos)和Logistic映射32-34
  • 2.3.3 模擬退火(SA)34-35
  • 2.3.4 混合混沌遺傳和模擬退火(CGASA)35-36
  • 2.3.5 CGASA的實現(xiàn)36-39
  • 2.4 應(yīng)用實例39-49
  • 2.4.1 研究區(qū)域39-41
  • 2.4.2 率定準(zhǔn)則41-42
  • 2.4.3 應(yīng)用結(jié)果和分析42-49
  • 2.5 小結(jié)49-50
  • 3 流域水文模型參數(shù)隨機優(yōu)化及不確定性分析50-74
  • 3.1 引言50-51
  • 3.2 SCEM-UA算法評估新安江模型參數(shù)不確定性51-56
  • 3.2.1 SCE-UA算法51-53
  • 3.2.2 SCEM-UA算法53-55
  • 3.2.3 SCEM-UA算法評估新安江模型參數(shù)不確定性55-56
  • 3.3 應(yīng)用實例56-73
  • 3.3.1 研究區(qū)域和數(shù)據(jù)56
  • 3.3.2 應(yīng)用結(jié)果和分析56-73
  • 3.4 小結(jié)73-74
  • 4 基于人工智能技術(shù)的徑流中長期預(yù)報模型研究74-97
  • 4.1 引言74-75
  • 4.2 研究模型簡介75-82
  • 4.2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)75-76
  • 4.2.2 自適應(yīng)模糊推理(ANFIS)76-78
  • 4.2.3 遺傳程序設(shè)計(GP)78-79
  • 4.2.4 支持向量機(SVM)79-82
  • 4.3 應(yīng)用實例82-92
  • 4.3.1 研究背景資料82-85
  • 4.3.2 預(yù)報輸入個數(shù)的確定85-87
  • 4.3.3 預(yù)報結(jié)果評價指標(biāo)87-88
  • 4.3.4 預(yù)報建模88-92
  • 4.4 應(yīng)用結(jié)果和分析92-96
  • 4.5 小結(jié)96-97
  • 5 水電站(群)優(yōu)化調(diào)度的混沌遺傳算法研究及應(yīng)用97-114
  • 5.1 引言97-102
  • 5.2 單一水電站優(yōu)化調(diào)度的數(shù)學(xué)模型98-99
  • 5.3 梯級水電站優(yōu)化調(diào)度的數(shù)學(xué)模型99
  • 5.4 混沌遺傳算法99
  • 5.4.1 混沌及其特性99-100
  • 5.4.2 混沌與遺傳算法的結(jié)合100-101
  • 5.4.3 混沌遺傳算法的步驟101-102
  • 5.5 應(yīng)用實例102-112
  • 5.5.1 復(fù)雜函數(shù)優(yōu)化102-107
  • 5.5.2 典型徑流水電站優(yōu)化調(diào)度107-108
  • 5.5.3 長系列歷史徑流水電站優(yōu)化108-109
  • 5.5.4 梯級水電站優(yōu)化調(diào)度109-112
  • 5.6 小結(jié)112-114
  • 結(jié)論114-116
  • 參考文獻116-127
  • 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文和參加課題情況127-129
  • 致謝129-130


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華北局改造基地水電系統(tǒng)節(jié)能降耗    馬獻珍

不負重托 不辱使命    通訊員 袁國強

工廠排污嚴(yán)重超標(biāo) 80畝水產(chǎn)全部死亡    本報記者 歐金玉 史學(xué)慧

水庫群怎樣蓄放水最優(yōu)?    于安民 李亞龍 鄭占奎 黑龍江省黑河水文局

水電“航母”揚帆起航    畢銘 曉云

大山深處的“四朵金花”    伍振 趙洪力

中鐵十八局:四朵金花深山“開屏”    伍振 趙洪力

百川匯海涌激流    

細胞工程記    李洪

怒江工程“重審”    本報記者 黃一琨

仿射尺度算法及其在水電系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度中的應(yīng)用研究    曾勇紅

水電系統(tǒng)中預(yù)報與調(diào)度的混合智能方法研究及應(yīng)用    王文川

電力市場環(huán)境下水電系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度及風(fēng)險管理研究    劉紅嶺

不確定環(huán)境下水電系統(tǒng)多維優(yōu)化理論和應(yīng)用    武新宇

水電站中長期優(yōu)化調(diào)度與風(fēng)險研究    李彩林

中長期水文預(yù)報及調(diào)度技術(shù)研究與應(yīng)用    張俊

粒子群優(yōu)化算法試驗研究及擴展    余炳輝

大規(guī)模水電站群短期聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度研究與應(yīng)用    申建建

流域梯級水電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度輔助決策系統(tǒng)研究    鐘煒

富水電電網(wǎng)短期與實時節(jié)能發(fā)電調(diào)度控制方法及策略研究    李樹山

基于輸水系統(tǒng)和水輪機詳細模型的水電系統(tǒng)聯(lián)合仿真    高慧敏

節(jié)能發(fā)電要求下水電短期發(fā)電優(yōu)化調(diào)度研究    張靜

水電系統(tǒng)長期優(yōu)化調(diào)度及系統(tǒng)應(yīng)用軟件研究    付潔廉

水電站動態(tài)過程及其對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響    李艷軍

小水電系統(tǒng)電壓無功問題及控制方案研究    張洪蘭

水電機組模糊GPSS優(yōu)化設(shè)計及其控制性能仿真研究    王明東

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)及其在徑流預(yù)報中的研究與應(yīng)用    許惠君

梯級水電站群徑流隨機模擬及中長期優(yōu)化調(diào)度    李占英

基于改進單親遺傳算法的水火電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度    鄭理科

梯級水電站短期優(yōu)化調(diào)度研究    王華春