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梯级水库调度不确定性分析与多属性决策模型研究

梁小青  
【摘要】:为缓解化石能源短缺、大气污染、温室效应等问题,我国高度重视和积极推进水电等具有清洁、可再生、储量丰富、分布范围广等特点的绿色能源的发展。水库一直是进行防洪减灾、水力发电、水资源供给等社会活动的重要组成部分,随着近些年我国各大流域梯级水库群的逐渐建成,且受全球极端气候变化的影响,防洪、发电、供水等各部门之间的关系越发复杂,因此,开展不确定性条件下的水库优化调度管理工作,寻求更为实用的优化调度方案成为水利和电力部门亟待解决的重要课题。本文沿着“减少不确定性—量化不确定性—考虑不确定性的调度风险估计一不确定多属性决策”的思路,运用数理统计、风险分析、运筹学、Copula函数等理论方法,重点针对洪水非一致性分析、入库径流过程预报误差模拟、调度风险估计、多属性决策等方面进行了深入研究,取得的主要成果如下:(1)基于Copula函数的非一致性洪水多变量联合分析。针对传统洪水频率分析未考虑洪水非一致性的问题,基于P-Ⅲ混合分布和Von Mises分布,分别建立了洪量变量的P-Ⅲ混合分布和洪量发生时间变量的Von Mises分布;在此基础上,应用Copula函数建立了洪量变量和洪量发生时间变量的联合分布。以锦屏一级入库洪水的非一致性分析为例,通过计算联合超越概率分布、条件超越概率密度等验证了这一方法的可行性与有效性。(2)入库径流过程预报误差随机模型及其应用。为了在量化入库径流预报误差的条件下有效提高调度方案制作的精度,基于高斯混合模型良好的自适应性,能更准确地描述单一预见时刻入库径流预报误差分布的特点,以及高维meta-student t Copula函数具有将多个类型边缘分布有机耦合的优势,建立了多个预见时刻入库径流过程预报误差随机模型。以锦屏一级水库日入库径流过程预报误差的模拟为例,对多个预见时刻的入库径流预报误差进行了随机模拟,验证了模型的可行性与有效性。(3)考虑多维入库径流过程预报误差的梯级水库群短期发电调度风险估计。以包含两个水库的梯级系统为例,对历史入库径流过程预报误差分类,定义了不确定性概率并将其作为调度决策的效益型指标之一,建立了考虑多维入库径流过程预报误差的梯级水库群短期发电优化调度模型,通过优化算法进行求解得到最优调度过程;基于入库径流过程预报误差随机模拟的思想,得到未来可能来流过程,然后进行仿真调度,得到风险指标估计值。与按入库径流预报值制作的调度方案相比,模型将入库径流预报误差考虑在内更符合实际。(4)基于马田系统和灰熵法的多维区间数决策模型及其应用。针对区间数决策中如何减少决策信息损失以提高决策结果准确性以及区间数排序难的问题,利用马田系统中正交试验次数少、获取信息量大以及马氏距离能较好反映指标间相关性的双重优势对灰熵法进行改进,并将改进的灰熵法与马田系统相耦合,提出了基于马田系统和灰熵法的多维区间数决策模型。将模型分别应用于潘口水库多目标优化调度方案优选和三峡梯级水库防洪优化调度方案优选,并与其他方法的决策结果进行了对比分析,验证了模型的优越性。


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