[发明专利]一种基于合作博弈法的水库多目标优化调度方法

说明书

本发明属于水库优化调度的技术领域，具体涉及一种基于合作博弈法的水库多目标优化调度方法，包括以下步骤：步骤1，运用逐月改进的流量历时曲线以计算水库下游河道的环境需水过程；步骤2，建立水资源管理主体的单人博弈模型，追求发电与环境两个主体公共利益最大化；步骤3，建立水资源管理主体的多目标合作博弈模型，追求集体利益与个人利益结合。本发明提出一种基于合作博弈思想，探讨各用水主体之间合作的可能性，构建水库多目标调度模型，以实现水资源的统一管理、统一保护提供一定的理论基础，实现水库多目标在总体利益得到优化的基础上兼顾到个体利益。

技术领域

本发明属于水库优化调度的技术领域，具体涉及一种基于合作博弈法的水库多目标优化调度方法。

背景技术

国内外相关研究现状发现，目前流域水资源综合利用的研究集中于防洪目标、生态环境目标与兴利目标等多目标的优化调度，协调不同用水主体之间的需水矛盾、研究其主从关系与相互制约关系、形成完整的效益协调理论方法是现代水资源综合管理过程中的一项新挑战。在多目标之间相互矛盾、相互竞争的情况下，利益相关用水主体之间的决策常使用多目标决策方法，但该模型仅能得到问题的非劣解集，在非劣解处，改善一个目标函数的效益，必以牺牲其他目标函数的利益为代价，在解决实际问题时，强调最优化公共利益而忽视个体利益，而个人理性的存在不可避免地会带来流域水资源管理目标的冲突，从而发生行为的逆悖，导致传统数学意义上的全局最优解难以应用。而合作博弈模型能够突破多目标优化决策的效率和公平困境，在兼顾个体理性的基础上，实现总体效益的优化(集体理性)。鉴于此，将合作博弈运用于多目标水库调度研究，以期为协调多用水主体之间的矛盾、促使各主体合作开发利用水资源提供理论支撑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于合作博弈法的水库多目标优化调度方法，基于合作博弈思想，探讨各用水主体之间合作的可能性，构建水库多目标调度模型，以实现水资源的统一管理、统一保护提供一定的理论基础，实现水库多目标在总体利益得到优化的基础上兼顾到个体利益。

本发明实现目的所采用的方案是：一种基于合作博弈法的水库多目标优化调度方法，包括以下步骤：

步骤1，计算水库下游河道的环境需水过程：基于月均流量进行频率分析，分别划分各月的丰、平、枯水年，计算水库下游河道的最低环境流量和适宜流量上下限；

步骤2，建立水资源管理主体的单人博弈模型，使发电主体与环境主体的公共利益最大化，实现如下：

步骤2.1，选择水库在调度期内总发电量最大以及下游河流环境缺水量最小作为发电及环境主体的目标函数，表达式如下：

为了使发电主体的目标与环境主体的目标量纲统一，对目标函数进行改进，用满意度指标表示，计算式如下：

式中：T为调度开始后某一时刻；R_t和U_t分别为第t阶段的发电主体和环境主体的目标函数；w₁和w₂分别为发电主体和环境主体目标的权重，Q_t为第t阶段水库的下泄流量；D_t为第t阶段环境主体的需水量；E_t为第t阶段的发电量；E_max,t为第t阶段机组最大出力对应的发电量；t＝1,2,…,36为一年中的调度阶段数(旬)；

式中：A为综合出力系数，Δt为第t阶段历时，ΔH_t和H_t为第t阶段的机组的水头损失和发电净水头；Z_t和Z_t+1分别为第t阶段初和阶段末的水库蓄水位，Zd_t为第t阶段对应的水库下游水位；N_max,t为第t阶段机组的最大出力；