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《大连理工大学》 2008年
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水电系统中预报与调度的混合智能方法研究及应用

王文川  
【摘要】: 随着水电建设的快速发展和工程规模的不断拓宽,水电系统中的问题规模和复杂度也越来越大,表现出高维、非线性、非凸等复杂特性,利用传统方法和单一智能方法对问题进行求解时结果往往不够理想,鉴于这种现状,算法混合的思想就成为提高算法性能的一个重要而有效的途径。因此根据研究问题的特点,如何有机结合各种算法的优点,构造更高效的算法,对提高水文预报的精度及水电系统经济、高效运行具有重要意义。本文首先系统介绍了概念性水文模型参数优选及不确定性分析、中长期水文预报、水电站(群)优化调度的研究现状,结合湖南双牌水库、云南澜沧江流域和贵州乌江流域的水电站(群)等工程,综合利用遗传算法、混沌系统、人工神经网络、自适应模糊推理、遗传程序设计、支持向量机等多种人工智能技术,深入研究了这些方法及其混合在概念性水文模型参数优选、概念性水文模型参数不确定性分析、中长期水文预报、水电站(群)优化调度的建模方法及应用,取得了一些有价值的研究成果。主要内容如下: (1)以湖南省双牌水库2000-2006年水情自动测报系统积累的48场1小时洪水过程资料为基础,预报模型采用三水源新安江模型,提出三水源新安江模型参数率定的模糊多目标优化混合启发式遗传算法。该算法应用混沌变量生成初始种群,应用退化混沌变异操作代替标准的变异操作,应用SA技术提供局部邻域搜索,从实际应用出发,采用洪峰流量、峰现时间和洪水总量的合格率作为场次洪水模拟的评价目标,对三水源新安江模型参数进行模糊多目标优选,模拟和检验的比较结果表明,提出的方法能较好地获得短期洪水预报模型参数。 (2)应用概念性水文模型进行水文模拟时,由于模型本身的不足及参数多、信息量少等原因,会出现率定的最优参数组不唯一,不稳定等问题。考虑到以往的参数优选,都只得出一个参数组,无法评定优化所得参数组的不确定性的影响,存在一定的片面性和局限性,使模型的实际应用受到限制。针对这一问题。提出应用基于马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)理论的SCEM-UA算法,通过双牌流域不同历时的典型洪水数据对新安江模型参数进行随机优选和不确定性评估。结果表明,该算法能很好地推出新安江模型参数的后验概率分布;率定和检验结果比较分析也表明,应用SCEM-UA算法对新安江模型进行优选和不确定评估是有效和可行的。 (3)对比研究了人工神经网络(ANN)、自适应模糊推理系统(ANFIS)、遗传程序设计(GP)和支持向量机(SVM)在径流中长期中的预报建模。为了评价它们在月径流时间序列的预报效果,采用了几个标准的执行评价措施,如相关系数(R)、确定性系数(E)、均方误差(RMSE)和平均绝对百分误差(MAPE)。应用了时间序列分析建模技术ARMA作为参考的标准。通过漫湾水电站52年月径流系列及洪家渡水电站54年的月径流系列预测结果比较分析表明人工智能技术是个强有力的工具,能获得比传统时间序列分析方法更好的预报精度。分析结果也表明根据不同的统计评价指标,ANFIS、GP和SVM分别能获得最好的预报结果。这说明ANTIS、GP和SVM相对于ARMA和ANN能提高月径流时间序列预报的精度。 (4)利用混沌运动的遍历性、随机性和规律性等特点,提出了一种求解水电站水库优化调度问题的基于浮点数编码的混沌遗传(CGA)算法。该算法的思想是采用混沌优化进行改善初始种群质量和利用混沌退化变异算子代替常规算法中的变异算子,避免搜索过程陷入局部极值。利用两个著名的测试函数对提出的算法进行验证,分析结果表明提出的混沌遗传算法不但具有传统遗传算法的全局多点搜索,占用内存少等优点,而且还较好地克服了传统遗传算法的易“早熟”、易陷入局部最优和停滞的问题。通过对典型径流水电站优化调度,长系列历史径流资料的优化计算和梯级水电群的优化调度,并与传统方法相比,结果说明了该算法能提高计算结果,并具有计算速度快,搜索效率高,收敛性能好等优点。这说明提出的方法对求解复杂的水库优化调度问题是有效的和可行的。 最后对全文做了总结,并对有待于进一步研究的问题进行了展望。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TV124

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 刘红岭;电力市场环境下水电系统的优化调度及风险管理研究[D];上海交通大学;2009年
2 李欣;量子计算与过程神经网络研究及应用[D];大连理工大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 谢景新;非线性多步预测与优化方法及其在水文预报中的应用[D];大连理工大学;2006年
【共引文献】
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7 姜明辉;袁绪川;;基于GA优化的个人信用评估SVM模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 张志华;王莉;刘洪;;最大化网络广告收入的投放决策[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
9 赵瑞艳;李树荣;张晓东;苗荣;;基于混合遗传算法的热传导系统最优控制问题求解[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 王清;宋年年;王佳庆;姚菁;;优化自抗扰控制器在主汽温控制系统中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
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1 张杏莉;几何约束求解关键问题研究[D];山东科技大学;2010年
2 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张亚娟;适应性企业战略协同机制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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5 陆满君;通信辐射源个体识别与参数估计[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 王咏胜;复数轮廓波变换的构造、扩展及其图像处理应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 孙鹏飞;基于计算智能技术的蛋白质结构预测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 李晚龙;六自由度Stewart平台分散智能控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 董慧群;代建制项目风险预警管理研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
10 许爱德;开关磁阻电机在船舶电力推进中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
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1 万成;动态环境下的元胞遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
2 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
3 吴香庭;基于遗传算法的K-means聚类方法的研究[D];山东科技大学;2010年
4 马水松;多目标遗传算法与非支配集的构造研究[D];山东科技大学;2010年
5 李臻;城市公交车辆智能调度优化研究[D];山东科技大学;2010年
6 朱国凯;泰安市农村公路典型路面结构研究[D];山东科技大学;2010年
7 纪二云;基于改进遗传算法的电力系统无功优化的研究[D];山东科技大学;2010年
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9 陈林;基于GIS的流域水文数据的时空分析[D];山东科技大学;2010年
10 郑慧涛;梯级水电站优化运行研究与应用[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
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1 许少华,何新贵;径向基过程神经元网络及其应用研究[J];北京航空航天大学学报;2004年01期
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1 张高峰;梯级水电系统短期优化调度与自动发电控制研究[D];华中科技大学;2004年
2 曾勇红;仿射尺度算法及其在水电系统优化调度中的应用研究[D];华中科技大学;2004年
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4 谢景新;非线性多步预测与优化方法及其在水文预报中的应用[D];大连理工大学;2006年
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7 何莉;水电厂参与市场竞价问题研究[D];华中科技大学;2007年
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【二级引证文献】
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1 金建平;城市燃气企业风险管理研究[D];天津大学;2011年
2 张验科;综合利用水库调度风险分析理论与方法研究[D];华北电力大学;2012年
3 裴哲义;大型流域水电站水库群联合优化调度及风险分析[D];华北电力大学;2012年
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1 林丽华;一种量子权值神经网络模型及算法研究[D];东北大学;2011年
【二级参考文献】
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2 向小东;基于神经网络与混沌理论的非线性时间序列预测研究[D];西南交通大学;2002年
3 吕岗;免疫算法及其应用研究[D];中国矿业大学(北京);2003年
4 钟一文;智能优化方法及其应用研究[D];浙江大学;2005年
5 李向阳;水文模型参数优选及不确定性分析方法研究[D];大连理工大学;2006年
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1 邢贞相;遗传算法与BP模型的改进及其在水资源工程中的应用[D];东北农业大学;2004年
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3 本刊记者 刘艳飞 采访整理;院士专家探讨水文科技与发展[N];中国水利报;2007年
4 本刊记者 吴頔 刘艳飞;杨大文:为祖国做事才有归属感[N];中国水利报;2007年
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10 于安民 李亚龙 郑占奎 黑龙江省黑河水文局;水库群怎样蓄放水最优?[N];中国水利报;2008年
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1 王文川;水电系统中预报与调度的混合智能方法研究及应用[D];大连理工大学;2008年
2 杨晓华;参数优选算法研究及其在水文模型中的应用[D];河海大学;2002年
3 林剑艺;水电站(群)中长期预报及调度的智能方法研究[D];大连理工大学;2006年
4 张俊;中长期水文预报及调度技术研究与应用[D];大连理工大学;2009年
5 谢景新;非线性多步预测与优化方法及其在水文预报中的应用[D];大连理工大学;2006年
6 于澎涛;分布式水文模型的理论、方法与应用[D];中国林业科学研究院;2001年
7 H.A.Prasantha Hapuarachchi;[D];河海大学;2003年
8 李力;半干旱半湿润流域洪水预报模型的研制及应用[D];西安理工大学;2009年
9 罗蒋梅;基于不同率定期资料的月、季径流预报方法研究[D];南京信息工程大学;2012年
10 魏林宏;时空尺度对洪水模拟的影响研究[D];河海大学;2004年
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1 赵长森;和田绿洲散耗型水文模型研究与应用[D];西安理工大学;2005年
2 夏达忠;流域洪水预报系统关键技术研究[D];河海大学;2005年
3 周江枫;基于启发式遗传算法的GA-ANN-GA系统的设计与实现[D];华南理工大学;2011年
4 郭太英;基于DEM的分布式水文模型的研究与应用[D];大连理工大学;2005年
5 梁睿;HEC-HMS水文模型在北张店流域的应用研究[D];太原理工大学;2012年
6 王志璋;汾河上游流域分布式水文模型研究[D];太原理工大学;2003年
7 樊明兰;基于DEM的分布式水文模型在中尺度径流模拟中的应用研究[D];四川大学;2004年
8 曾举;GIS水文模型及降雨径流数值模拟研究[D];昆明理工大学;2012年
9 许钦;基于DEM的黄土区小流域产流产沙研究[D];河海大学;2005年
10 孙友波;基于DEM的水文特征信息的提取和可视化的研究与实现[D];首都师范大学;2005年
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