[发明专利]一种基于萤火虫算法的梯级水库群调度优化方法

权利要求书

1.一种基于萤火虫算法的梯级水库群调度优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：以调度期内梯级水库发电量最大为优化目标，以梯级水库的水力约束及电力约束为约束条件，建立梯级水库优化模型，梯级水库优化模型的目标函数为：

公式(1)中：E为梯级电站发电量，亿kW·h；m、n分别为电站总数和调度时段总数；K_i为第i电站的出力系数；Q_i,j为第i电站第j时段的发电流量，m³/s；H_i,j为第i电站第j时段的发电水头，单位为米；T为单个调度时段；

步骤2：采用改进萤火虫算法对步骤1中得到的梯级水库优化模型进行优化计算，得到最大发电量及其对应的最优水库水位，输出最优水库水位；

步骤1中，梯级水库的水力约束条件及电力约束条件包括：

水量平衡约束：V_i,j+1＝V_i,j+(QI_i,j-q_i,j)T

水库水位约束：H_min(i,j)≤H_i,j≤H_max(i,j)

水库泄流约束：q_min(i,j)≤q_i,j≤q_max(i,j)

电站出力约束：N_min(i,j)≤N_i,j≤N_max(i,j)

式中：V_i,j、V_i,j+1分别为第i电站时段始末库容，亿m³；QI_i,j和q_i,j分别为第i电站第j时段内入库流量和出库流量，m³/s；H_max(i,j)和H_min(i,j)分别为第i电站第j时段的水位上下限，m；H_i,j为第i电站第j时段的水位；q_max(i,j)和q_min(i,j)分别为第i电站第j时段的出库流量上下限，m³/s；N_max(i,j)和N_min(i,j)分别为第i电站第j时段的装机容量和最小出力，MW；N_i,j为第i电站第j时段的出力；

步骤2具体按照以下步骤实施：

步骤2.1：变量初始化，设置萤火虫种群规模为N_pop，最大迭代次数为T_max，扰动因子为α，吸引力初始值β₀，荧光吸收因子为γ，Δ为扰动因子α增量值，随机搜索间隔代数n，变异阈值ξ，变异比例b；另外设置迭代计数变量t，t的初始值为0；以水库调度时段末水位为萤火虫算法的决策变量，变量维数D＝12*m，在水库月末水位上下限约束内随机生成N_pop个萤火虫位置，如公式(2)：

X_k,l＝H_min(i,j)+rand(H_max(i,j)-H_min(i,j)) i∈[1,m],j∈[1,D]，k∈[1,N_pop] (2)

公式(2)中：X_k,l为第k个萤火虫在第l维空间的位置；H_max(i,j)和H_min(i,j)分别为第i电站第j时段的水位上下限；rand为[0，1]区间随机数；m为电站总数；

步骤2.2：计算所有萤火虫自身荧光亮度值采用梯级发电量E作为荧光亮度值如公式(3)，并令萤火虫位置编号k＝i₁＝1，然后进入步骤2.3；

公式(3)中：K_i为第i电站的出力系数；Q_i,j为第i电站第j时段的发电流量；H_i,j为第i电站第j时段的水位；f为水量平衡方程；ZV为水库库容曲线；ZQ为流量尾水位曲线；H_max(i,j)和H_min(i,j)分别为第i电站第j时段的水位上下限；X_k,l为决策变量，即第k个萤火虫在第l维空间的位置，同时也代表第i个电站第j时段的水位；

步骤2.3：比较第i₁和第i₂(i₂＝i₁+1，i₁+2，…，N_pop)萤火虫自身荧光亮度值，如果I^t₀(i₁)＜I^t₀(i₂)，则依次通过公式(4)、(5)、(6)分别计算第i₁和第i₂萤火虫之间的欧式空间距离吸引度和第i₁萤火虫向第i₂萤火虫位置移动后的新位置然后令i₁＝i₁+1，转向步骤2.4；反之直接令i₁＝i₁+1，转向步骤2.4；

公式(4)中：分别为第i₁和i₂个萤火虫的位置变量；

公式(5)中：即为第i₁和i₂个萤火虫变量的吸引度，其中β₀为吸引力初始值，γ为荧光吸收因子，为第i₁和第i₂萤火虫之间的欧式空间距离；

公式(6)中：分别为第i₁个萤火虫更新前后的矢量位置，α为扰动因子；Δ为扰动因子α增量值；为随机矢量；β(r)为吸引度等于

步骤2.4：判断i₁是否大于N_pop，若是，则转向步骤2.5；反之转向步骤2.2；

步骤2.5：通过式(7)计算第t次迭代下最大荧光亮度值Fval(t)及其对应的萤火虫位置并令t＝t+1，然后进入步骤2.6；

公式(7)中：index为Fval(t)对应的最优萤火虫变量位置下标；为当代最优萤火虫变量位置坐标；

步骤2.6：判断变异条件Fval(t)-Fval(t-1)＜ε(t＞1)是否成立，ε为变异阈值，如果满足变异条件，则进入步骤2.7；反之，进入步骤2.8；

步骤2.7：将带入式(8)生成1个新萤火虫位置重复计算生成b个新萤火虫位置，然后替换掉荧光值排序靠后的b个萤火虫位置此时，不再计算新生成萤火虫的荧光亮度值；反之，不进行变异，即不更新位置，直接进入步骤2.8；

公式(8)中：为第t+1代中第k个萤火虫的位置变量，为第t代中最优萤火虫的位置变量；Fval(t-1)为第t-1次迭代种群最大荧光值；

步骤2.8：判断t是否大于最大迭代次数T_max，若是则转向步骤2.9；反之，转向步骤2.2；

步骤2.9：得到最优萤火虫位置即最优水库水位，及最优萤火虫位置对应的荧光值即最大发电量。