一、問題描述
中國江河流域的水力資源十分豐富，但由於其空間分布的不均，開發程度的不一，各地區間的利用情況存在明顯差異，人均資源量仍不富裕。水力資源的合理優化利用不僅關係到水電企業自身的利益，更具有重要的社會意義。特別是在當前，在國家電力市場改革的程序中，水電作為清潔、可再生能源的開發利用已被提公升到了國家能源戰略的高度，具有更為重要的實際運用意義。
梯級水電站的形成就是充分利用水力資源的主要表現形式之一，它是分布在一條江河流域的上下游且有著水流聯絡的水電站群。如何提高水資源的利用率、協調各水電站之間的用水矛盾、最大化水電企業的經濟效益等問題，已成為眾多研究學者關注的重點和難點。
梯級水電站的排程問題需要考慮電和水兩方面的因素。要求在盡可能不棄水或少棄水的前提下，充分考慮各種約束（如可用水量、上下游水位限制、水輪機過水能力或發電機出力限制、航運或供水限制等）。在計及水輪發電機組的功率耗水量特性、電網傳輸損耗修正及考慮水火電（或其它型別電站）協調的基礎上，追求電力系統總發電燃料費用最低。
二、數學模型
1 目標函式
電力系統總發電燃料費用最低。
2 約束條件
水位約束方程：水庫水位=工作水頭+尾水位
水庫存水量方程：某級水庫某一時段末的存水量=某水庫上一時段末的存水量+本級水庫
該時段的平均來水量+上一級水庫發電用水量到達該級的來水量（考慮來水時間延遲）+上一級水庫棄水量到達該級的來水量（考慮來水時間延遲）-本級水庫該時段發電用水量-本級水庫該時段的棄水量
某級水庫存水量上下限約束
某級水庫發電用水量上下限約束
某級水電廠出力上下限約束
某級電站排程週期內用水量平衡方程：某級電站排程週期內用水量=該級電站排程週期起點時的存水量-該級電站排程週期結束時的存水量
電力系統功率平衡方程
若計及電力網路的影響，則還需考慮節點潮流方程約束、線路潮流約束等。
三、求解方法
常用方法有線性規劃法、改進粒子群演算法、罰函式法、動態規劃法、網流法、智慧型優化演算法、優化排程演算法等。下面用改進粒子群演算法和優化排程演算法分別進行設計，以解決最優排程問題。
一、改進粒子群演算法
近年來，粒子群演算法( pso)作為一種新生的集群智慧型優化演算法，由於具有簡捷通用、依賴的經驗引數少和收斂速度快等特點，被逐步應用於求解梯級水庫優化組合問題。但是，和其他智慧型優化演算法一樣，基本 pso 演算法在尋優中仍存在搜尋精度不高和易陷入區域性最優解的情況。針對該問題，筆者在基本 pso 演算法的基礎上，提出了乙個新的改進 pso 演算法，並將其用於求解梯級水庫優化排程問題。
該演算法提出了慣性權重的余弦處理機制和自適應選擇學習物件策略，同時引進了分層交叉思想，從而有效地提高了演算法的搜尋精度，增強了演算法跳出區域性最優解的能力
1 梯級水庫優化排程模型
1．1 目標函式
目標函式的表示式為
1)式中: e 為排程期梯級總發電量; ai為電站 i 的綜合出力係數;為電站 i 第 t 時段的平均發電流量;為電站 i 第 t 時段的平均發電水頭; t 為排程期總時段數; m 為水電站總數目; δt 為時段長度。
1．2 約束條件
( 1) 水位約束。表示式為
zit，min≤ zit≤ zit，max2)
( 2) 流量約束。表示式為
qit，min≤ qit≤ qit，max3)
( 3) 出力約束。表示式為
nimin≤ aiqithit≤ nimax4)
( 4) 水量平衡約束。表示式為
5)式中: zit，min、zit，max分別為水庫 i 第 t 時段的最低和最高限制水位; qit，min、qit，max分別為電站 i 第 t 時段的最小和最大限制流量;nimin、nimax分別為電站 i 的最小和最大限制出力; vit、分別為電站 i 第 t、t －1 時段的水庫蓄水量; iit為電站 i 第 t 時段的平均入庫流量; qit為電站 i 第 t 時段的棄水流量。
2 粒子群優化演算法的基本原理
粒子群演算法在搜尋過程中，每個粒子表示問題的乙個可行解，粒子在搜尋空間中以一定的速度飛行，並根據自身的飛行經驗以及當前最優粒子的狀態對速度進行動態調整，個體之間通過協作與競爭，實現對問題最優解的搜尋。
首先，隨機生成一定數量的粒子，第 i 個粒子的位置 xi=( …) 代表 d 維解析空間的乙個候選解，飛行速度vi= (…) 決定第 i 個粒子在解空間搜尋時單位迭代次數的位移。在每次迭代中，粒子通過跟蹤「個體極值點」和「全域性極值點」來更新自己，用下式表達:
6)7)
式中: w 為慣性權重因子; c1、c2為學習因子; r1、r2為均勻分布在( 0，1) 區間的隨機數;、分別為第 k +1 次和第 k 次迭代後第 i 個粒子的位置;、分別為第 k +1 次和第 k 次迭代後第 i 個粒子的飛行速度; pi為第 i 個粒子迄今的最優位置; pg為整個粒子群迄今搜尋到的最優位置。
3 改進粒子群演算法( mpso) 的關鍵技術問題
3．1 w 的余弦遞減策略
慣性權重因子 w 對演算法的優化效能有較大影響。w 較大時，演算法具有較強的全域性搜尋能力; w 較小時，則有利於區域性搜尋。基於該點，眾多學者採用自適應慣性權重因子模型，讓 w隨演算法迭代進行線性遞減，但線性減小 w 時，其在較大值和較小值的時間都較短，既沒有充分發揮 pso 演算法的全域性搜尋能力，搜尋後期也不易得到更精確的解。
針對該問題，採用式( 8)的慣性權重因子余弦遞減策略，使搜尋前期較長時間保持較大的 w 以擴大搜尋範圍、提高搜尋效率，搜尋後期較長時間保持較小的 w 以提高搜尋精度，從而使演算法具有更好、更穩定的優化結果。
8)式中: wmax為 w 的最大值; wmin為 w 的最小值; t 為當前進化的迭代次數; tmax為最大允許迭代次數。
3．2 自適應選擇學習物件
基本 pso 演算法中的粒子僅利用了個體最優和全域性最優兩個資訊，忽略了比該粒子適應值好的其他個體的特有資訊。基於該點，引入了優勢群體的加權平均位置，使各粒子在進化過程中自適應地調整學習物件，充分利用處於更優位置的優勢群體的資訊，以便提高搜尋精度，增強演算法跳出區域性最優解的能力，見式( 9) 。改進後的速度更新公式見式( 10) 。
9)( 10)
式中:為比第 i 個粒子更優的優勢群體的加權平均位置;f( ) 為適應值函式; c3為影響係數; r3為均勻分布在( 0，1) 區間上的隨機數; ωi為相對於第 i 個粒子的優勢群體。
3.3 演算法停滯的判斷與處理
3.3.1最優粒子進化率( r)
粒子進化率表示本次迭代與前次迭代之間全域性最優粒子適應值提高幅度的比率，見式( 11) 。
11)式中: f( pkg) 為第 k 次迭代後全域性最優粒子的適應值。如果最優粒子進化率 r 連續幾次小於一定閥值 rr，說明此時最優粒子的進化速度已經變慢，「全域性最優」對粒子進一步提高的導向作用減弱。
由於各粒子在其「個體最優」的指導下依然有機會探索新的搜尋空間，因此僅憑 r ＜ rr並不能直接判斷演算法停滯或收斂。
3.3.2 粒子群適應值分布引數
粒子群適應值分布引數(d) 描述群體中各個粒子的適應值相對於「全域性最優」粒子適應值的集中程度。為確保「全域性最優」適應值為中位數，將群體中各個粒子的適應值由小到大進行排序，然後對前半部分粒子適應值進行等效放大，見式( 12) ，d 的定義見式( 13) 。
fi= fi+ ( fg－f1) i = 1，2，…，n/212)
d = j = 1，2，…，n13)
式中: f為排序後位於第i位的適應值: fg為全域性最優適應值; fj為等效放大處理後位於第j位的適應值。
當連續幾次r＜rr並且d小於閥值dr時，表示粒子的適應值集中度較高，粒子已經趨於同一化。此時，粒子群就有陷入區域性最優的可能，應採取適當措施使其跳出區域性最優點，繼續探索最優解。
3．4 基於粒子認知水平的分層交叉進化策略
適應值較差的一部分粒子即使向「全域性最優」個體學習，進化速度也相對較慢，導致演算法在該群體浪費較多搜尋精力，一定程度上降低了演算法的效率。同時，粒子在進化過程中的種群多樣性也會逐步降低。基於此，對不同認知層次的粒子採取不同的進化策略。
在每次進化迭代前按各粒子的適應值由小到大進行排序，將粒子分為 pa～ pe5 個層次。pb～ pe中的粒子由於相對較為優秀，因此保持不變。pa中的各粒子位置與pb～ pe的粒子相比較差，進化速度與優勢集團相比也有較大差距，複製 pe中的全部粒子替代 pa，雖然在種群多樣性上有所損失，但是種群優良性卻有了較大提高。
當判斷演算法停滯，可能陷入區域性最優解時，粒子群的適應值已經趨於相等，此時種群的多樣性對粒子跳出「區域性最優」繼續進化顯得尤為重要。因此，重新對粒子按適應值由小到大排序，將種群劃分為 p1、p2兩個層次。保留較為優秀的 p2群體，對 p1中的粒子進行交叉操作，見式( 14) 。
通過交叉操作，加大了種群多樣性，從而可搜尋到解空間中更大的範圍，提高了搜尋精度，同時可以降低後期因為 w 減小而陷入區域性最優的危險。
xi= αxi+ ( 1－α) xj
xj= αxj+ ( 1－α) xi14)
式中: α為交叉因子。
3．5 引數的設定
mpso演算法中有以下主要控制引數: 種群規模n、慣性權重w、加速係數 c1、c2，影響係數c3以及交叉操作中的交叉因子α。
水電站執行管理的問題分析
摘要 水電站經濟執行研究是目前水電站發展研究的重點和熱點內容，優先發展電水，是我國能源戰略的重點。本文從理論上較全面地闡述了研究水電站經濟執行的意義，著重研究水電站經濟執行中存在的問題，提出了解決相應問題的對策。促使發電效益最大化，力爭實現社會效益和水電站的經濟效益雙豐收。關鍵詞 水電站執行管理 問...
大興水電站的參觀報告
一 參觀目的 對大興水電站進行實地的參觀可以更好地增進我們對水電站內部結構有所了解，同時也增加我們對自己所學專業的了解。二 參觀時間 2014年4月12日14 00 三 參觀地點 雅安市雨城區大興水電站 參觀單位 四川農業大學2913級農業水利工程專業全體學生 四 個人對水電站的了解 水電站是將水能...
四水電站的壓力管道
一 填空題 1 壓力管道的功用是 2 壓力水管按其結構布置形式可分為地下壓力管道幾種型別。3 壓力水管向水輪機的供水方式可分為三種 4 分段式明鋼管進行應力計算時，應考慮以下四個基本斷面 5 壓力水管上常用的閥門有和三種。6 明鋼管的支承結構有和 7 鎮墩可分為和兩種。8 常用的支墩形式有和三類。9...