自迭代模拟优化算法的优化方法

自迭代模拟优化算法是利用数学关系式描述系统参数和变量间的关系，通过计算机来模拟系统实际变化，具有较强的仿真性。其基本的模拟方法过程是一个开环过程，没有直接寻优功能，只能借助其他优化技术对输出相应寻优，需要模拟各种工况，通过建立相应曲面来寻找满意解，工作量大，耗费机时长。自迭代模拟优化就是将模拟与优化结合，在模拟模型中嵌入优化结构。自迭代模拟优化是根据自适应控制原理，在模拟优化模型中增加辨识结构，按一定规则自动形成反馈修正量，从而使开环模拟变为闭环控制。自迭代模拟优化算法的求解流程如图2-5所示，其基本思路是：在给定初始控制线的模拟模型中，加入一个在线辨识结构，将模拟计算的输出结果经辨识后，自动形成对系统进行控制的反馈修正量并反馈到输入端，然后按新输入重新模拟系统输出，引导模拟结果自行趋向优化解。

以求解上述梯级水库的多目标联合调度模型为例，自迭代模拟优化算法的基本思路为：在龙羊峡、刘家峡梯级水库联合调度中，水量平衡方程有龙羊峡出库流量和刘家峡出库流量两个未知数，只有通过设定龙羊峡、刘家峡出库流量初始值通化模型的计算过程，根据多年龙羊峡、刘家峡联合运行的实际资料数据，求得12个月的龙羊峡、刘家峡出库比例，作为一个时段内水量平衡计算中初次迭代的数据，根据防凌期、灌溉期和防洪期等运行原则，模拟运算出龙羊峡、刘家峡流量、水位、出力等值，再通过流量、水位、出力等约束条件判别，不断修正时段中龙羊峡、刘家峡的出库流量大小，返回迭代计算，直至计算结果满足各水库流量、水位、库容要求。

根据黄河水资源配置的基础原则，采取辨识反馈结构，得到模型各时段的求解流程，如图2-6所示。具体求解步骤为：输入1955年11月—2010年10月共55年的龙羊峡入库流量、龙羊峡—刘家峡区间流量、刘家峡—兰州断面区间流量以及兰州断面需水流量；龙羊峡、刘家峡水位库容曲线，特征参数，死库容，兴利库容，保证出力等特征值。以一年为周期（11月至次年10月）计算步骤如下：

（1）防凌期：

1）QLJX，O（t）=QLZ（t）-QLLZ（t）；QLYX，O（t）=k（t）QLJX，O（t）。

图2-5　自迭代模拟优化算法的求解流程

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图2-6　自迭代模拟优化结构示意图

2）梯级水库运行过程计算，得到时段末的各水库入库、出库、水位、库容、弃水及出力等值。

3）判断是否满足约束条件，若满足则进入下一个计算时段；否则，修正，返回1）继续计算。

防凌期龙羊峡、刘家峡水库的约束条件有：刘家峡防凌安全下泄流量约束；水库正常蓄水位约束；水库死库容约束；最小生态流量约束；电站保证出力约束。

（2）灌溉期。该时期计算步骤与防凌期计算步骤相同，约束条件略有不同：刘家峡灌溉期下泄流量约束；水库正常蓄水位约束；水库死库容约束；最小生态流量约束；电站保证出力约束。

（3）防洪期。该时期计算步骤与防凌期计算步骤相同，约束条件略有不同：水库汛限水位约束；水库死库容约束；最小生态流量约束；电站保证出力约束；另外还包括10月末水库可利用汛末洪水存蓄水量。

一个周期的12个月时段运行过程计算完毕后，最后一个时段末的各水库水位、库容值作为下一周期年的计算初始值，衔接进入下一年梯级水库运行调度计算。