水电能源系统最优调控的先进理论与方法

水电能源不仅是洁净、廉价、可再生的绿色环保能源，同时也是电力系统理想的调峰、调频、事故备用电源，对电网的安全稳定运行具有重要作用。水电能源系统优化调控是水力发电企业生产技术管理和电力营销中的一项重要工作，是发挥电站潜力、充分利用水电多发洁净电能、减少其他能源消耗的有效措施。水电能源系统水力、电力联系复杂，电站之间具有补偿和协调能力，使得其运行方式灵活多变，在电力系统的经济运行中发挥着非常重要的作用。水电能源系统的优化调度不仅能够为水电企业带来巨大的经济效益，而且还对缓解电网丰枯、峰谷矛盾，提高电网的调峰、调频和事故备用等安全稳定运行能力以及防洪、生态环境有重大的影响。水电能源系统的优化调控涉及到水文循环、发电控制等诸多方面，国内外众多学者一直致力于研究能有效解决上述问题的各种方法。

水文系统具有非线性、多时间尺度性和混沌等特性，而受流域水文过程观测资料的限制以及对水文过程认识程度的局限，目前还难以完全用数学和物理方法来准确地描述和刻画其完整的演化过程，因此需要不断引入新的理论和方法，通过各种方法的有机结合，从流域可变时空尺度的角度来对系统进行分析和研究。因此，国内外的学者们在努力把握各种特性分析方法的特点和使用范围的基础上，通过取舍耦合，将合适的理论和方法引入到水文水资源的特性分析中，以推动水文特性分析研究的发展，为水资源规划与管理提供了科学的决策依据。

流域梯级联合调度决策是在水文循环、发电控制、电网安全、电能需求、市场交易规则、用电行为等约束条件下的大型、动态、非凸、非线性的多目标不确定性决策问题，较传统水电能源优化调度复杂得多，国内外众多学者一直致力于研究能有效解决上述问题的各种方法。然而，流域梯级水电能源系统中复杂目标的相互冲突和约束条件的耦合作用，使得问题的描述和模型的求解极为困难，至今几乎没有令人满意的解决方法，亟待进一步发展新的理论并探索其技术实现方法。

水电能源系统是一个水机电耦合的复杂非线性动力系统，其运行过程中，水电机组故障的产生和发展包含大量的不确定性因素，难以用数学模型对其进行精确描述。同时，随着水力发电机组日趋大型化、复杂化、自动化，转子系统的非线性振动现象异常突出，由此引发的非线性动力学行为引起学术和工程界的广泛关注。因此，深入研究水电机组的动力学行为，获得机组故障征兆描述的有力证据，解析机组故障的成因及其演化机理，实现水电机组的安全、可靠和高效运行，具有十分重要的理论意义和工程应用价值。

本书从水电能源系统的流域径流特性分析及预报、水电能源系统优化调度决策、水电机组动力学特性及运行状态评估等方面出发，采用先进的信息科学技术方法与手段，全面深入地研究水电能源系统最优调控的先进理论和方法，为复杂水电能源系统优化调控问题的解决提供一条有效的途径，并试图建立一种水电能源系统优化调控的新模式，为电力系统的运行管理决策提供科学的参考依据。

本书的出版得到了岭南师范学院计算机应用技术特色学科建设经费以及国家自然科学基金项目（编号51309258）、广东省自然科学基金项目（编号：S2013040014926，S2012010009759）等资助。

本书的有些内容可能还不成熟，有待进一步研究和完善。限于作者水平，书中存在的不当之处，恳请读者批评指正。

编 者

2014年8月

第一篇 流域径流特性分析及预报的先进理论与方法
第1章 径流演化过程复杂特性分析方法 2
1.1 径流过程多尺度特性分析 2
1.1.1 小波分析方法 2
1.1.2 实例分析 7
1.2 径流时间序列混沌特性分析 12
1.2.1 相空间重构理论与方法 13
1.2.2 最大Lyapunov指数 17
1.2.3 实例分析 20
第2章 中长期径流过程预测先进理论与方法 23
2.1 基于支持向量机的径流多尺度耦合预测 23
2.1.1 统计学习理论 24
2.1.2 支持向量机 26
2.1.3 支持向量回归 31
2.1.4 基于差分进化的模型参数优选 39
2.1.5 实例分析 42
2.2 径流时间序列的混沌区间预测 43
2.2.1 混沌区间预测可行性 44
2.2.2 径流时间序列区间预测 45
2.2.3 实例分析 49
第二篇 水电能源系统优化调度决策的先进理论与方法
第1章 梯级电站调度决策的研究现状及面临的挑战 55
1.1 水电能源系统调度决策的研究现状 55
1.2 水电能源系统调度决策面临的挑战 56
1.2.1 电力市场环境下梯级电站联合调度的特点 56
1.2.2 水电能源系统联合调度对多目标决策方法的挑战 57
1.3 多目标决策及研究现状 58
1.3.1 多目标决策问题的特点及分类 58
1.3.2 多目标最优化问题的数学描述 59
1.3.3 多目标决策方法的研究现状 60
第2章 梯级电站调峰容量效益最大的日发电计划研究 64
2.1 引言 64
2.2 数学模型描述 64
2.2.1 目标函数 64
2.2.2 约束条件 65
2.3 模型的求解算法 66
2.4 三峡梯级多目标日发电计划 69
2.5 小结 71
第3章 基于自适应网格多目标粒子群优化算法的水电能源系统多目标优化调度 72
3.1 引言 72
3.2 自适应网格多目标粒子群优化算法 73
3.2.1 算法的一般结构 74
3.2.2 非劣解密度自适应网格估计算法 75
3.2.3 基于AGDEA的Pareto最优解搜索算法 77
3.2.4 基于AGDEA的非劣解多样性保持技术 80
3.2.5 改善AG-MOPSO算法性能的辅助策略 80
3.2.6 约束多目标优化 82
3.2.7 AG-MOPSO算法的实现 82
3.3 AG-MOPSO算法的性能测试与分析 86
3.3.1 非劣解的质量评价指标 86
3.3.2 典型测试函数 88
3.3.3 网格密度对算法性能的影响 90
3.3.4 e-Pareto最优下e对算法性能的影响 92
3.3.5 典型测试函数下算法性能的比较分析 92
3.4 基于AG-MOPSO算法的梯级多目标调度 102
3.4.1 多目标发电调度 102
3.4.2 多目标洪水调度 106
3.5 基于AG-MOPSO算法的水电联合调度 110
3.5.1 数学模型及算法实现 110
3.5.2 三峡梯级汛末不同拦蓄洪尾方案下的水电联合调度 110
3.6 小结 114
第4章 基于广义集对分析的梯级多属性调度决策 116
4.1 引言 116
4.2 广义集对分析的联系数理论 117
4.2.1 联系数理论 117
4.2.2 模糊联系数理论 127
4.3 基于集对分析的多属性决策方法 130
4.3.1 联系数决策矩阵 130
4.3.2 决策方法 134
4.4 基于模糊集对分析的多属性决策方法 138
4.4.1 模糊联系数决策矩阵的建立 138
4.4.2 模糊联系数的排序方法 140
4.5 多属性调度决策（I） 141
4.5.1 问题描述 141
4.5.2 决策分析 143
4.6 多属性调度决策（II） 145
4.6.1 问题描述 145
4.6.2 决策分析 146
4.7 多属性调度决策（III） 149
4.7.1 区域用水水平的综合评价 150
4.7.2 水资源配置方案的综合评价 155
4.7.3 水资源规划方案的综合评价 159
4.8 小结 163
第三篇 水电机组动力学特性及运行状态评估的先进理论与方法
第1章 水力发电机组轴系振动研究概况 167
1.1 转子动力学研究综述 167
1.2 水力发电机组振动研究概述 171
第2章 水力发电机组振动故障诊断策略研究综述 174
第3章 刚性连接平行不对中转子系统振动特性 178
3.1 引言 178
3.2 平行不对中转子系统运动模型 179
3.3 平行不对中转子系统振动特性 183
3.3.1 转子系统横向振动特性 183
3.3.2 从动轴质量对转子振动特性的影响 184
3.3.3 驱动轴质量对转子振动特性的影响 184
3.3.4 质量偏心量对转子振动特性的影响 185
3.3.5 联轴节平行不对中量对转子振动特性的影响 186
3.3.6 不同转速时转子系统轴心轨迹 187
3.4 本章小结 188
第4章 轴向推力作用下转子轴心轨迹特性 189
4.1 引言 189
4.2 质量不平衡转子系统动力学模型 190
4.3 数值仿真 192
4.3.1 转子横向纵向振动时频特性 192
4.3.2 不同转速时转子系统轴心轨迹 192
4.3.3 轴向推力频率不同时转子系统轴心轨迹 195
4.4 本章小结 196
第5章 叶片作用下转子系统动力学行为 197
5.1 引言 197
5.2 转轮叶片作用下的转子系统动力学方程 197
5.3 叶片参数对转子系统振动特性的影响 200
5.3.1 计算参数 200
5.3.2 转子系统振动的时频特性 200
5.3.3 转轮叶片质量对转子系统振动特性的影响 201
5.3.4 叶片质心到主轴的距离对转子系统振动特性的影响 202
5.3.5 转轮叶片数对转子系统振动特性的影响 202
5.4 叶片断裂对转子系统振动特性的影响 202
5.4.1 计算参数 203
5.4.2 转子系统正常运转时振动的时频特性 203
5.4.3 转子系统有1个叶片断裂时振动的时频特性 204
5.4.4 转子系统有2个轴对称叶片断裂时振动的时频特性 204
5.4.5 转子系统有2个相邻叶片断裂时振动的时频特性 205
5.4.6 叶片部分断裂对转子系统振动特性的影响 206
5.5 本章小结 207
第6章 悬臂转子系统非线性动力学特性研究 208
6.1 引言 208
6.2 悬臂转子系统动力学方程 208
6.3 计算结果及分析 212
6.3.1 计算参数 212
6.3.2 转子系统振动的时频特性 212
6.3.3 轴承支承刚度对转子系统振动特性的影响 213
6.3.4 质量偏心对圆盘1振动特性的影响 214
6.3.5 质量偏心对圆盘2振动特性的影响 216
6.4 本章小结 217
第7章 立式质量偏心转子弯扭耦合振动分析 219
7.1 引言 219
7.2 立式质量偏心转子弯扭耦合运动方程的建立 219
7.3 立式质量偏心转子弯扭耦合特性分析 221
7.3.1 转子稳态振动时的弯扭耦合特性分析 221
7.3.2 转子瞬态振动时的弯扭耦合特性分析 222
7.4 数值仿真与讨论 226
7.5 本章小结 229
第8章 刚性连接转子系统振动特性研究 231
8.1 引言 231
8.2 刚性连接转子系统动力学模型 231
8.3 数值仿真 233
8.3.1 转子系统瞬态振动特性 234
8.3.2 转子系统稳态振动特性 234
8.3.3 扭振固有频率对转子系统耦合特性的影响 236
8.4 转速变化时的转子系统弯振特性 237
8.5 本章小结 237
第9章 水力发电机组振动故障诊断策略 239
9.1 引言 239
9.2 水力发电机组振动故障概述 239
9.2.1 水电机组振动故障的特点 239
9.2.2 引起水电机组振动的原因 240
9.3 水力发电机组振动故障诊断策略研究 241
9.4 基于信息熵和Parks聚类的水电机组振动故障诊断 242
9.4.1 Parks聚类原理 242
9.4.2 信息熵理论 243
9.4.3 基于信息熵和Parks聚类的水电机组振动故障诊断 244
9.5 本章小结 246
参考文献 248

1. 零基础玩转国产大模型DeepSeek [徐永冰 张帅 编著]
2. 网络工程师5天修炼（适配第6版考纲） [主编　朱小平 施游]
3. 信息系统项目管理师考试32小时通关（适用第4版考纲） [薛大龙]
4. 信息系统管理工程师考试32小时通关（适配第2版考纲） [薛大龙　刘伟]
5. 土木工程材料检测实训 [洪晓江 达则晓丽 钱波]
6. 科技信息检索与论文写作实用教程 [李振华]
7. 传统山水画论解读与实践 [陈钠 著]
8. Python数据库编程 [主编 殷树友 邢 翀]
9. 计算机基础实训指导 [主编 袁春萍 朱妮]
10. 嵌入式人工智能技术应用（数字教材） [主编 胡娜 杨国勇 晏廷荣]
11. Vienna整流器技术 [桂存兵 著]
12. 变频器与伺服应用 [陈刚 叶云飞]
13. 物联网工程设计与实践 [汤琳 李敏]
14. 炉边夜话——深入浅出话AI [汪建　著]
15. 电商运营与管理 [钟肖英 陈潇]
16. Java面向对象程序设计 [主编 姜春磊 陈虹洁]
17. 信息技术基础（Windows 10+WPS Office）（微课版） [主编　石利平　田辉平　谢盛嘉]
18. 人工智能应用 [主编　陈　萍　刘培培　陈孟军]
19. 大学生职业发展与就业指导 [主编　刘志坚]
20. 高级办公应用项目教程 [主编 屈晶 赵成丽]
21. 微信小程序开发项目实战（微课版） [主编 黄龙泉 郭峰 朱倩]
22. 企业档案工作实战宝典百问百答 [华俊 卢秀英 邵甜甜 著]
23. 计算机网络原理及应用 [主编 唐继勇 叶坤 孙梦娜]
24. 大学生创业基础 [主编 王丽莉 王 杨]
25. 船舶辅机 [主编 王连海 于洋 姜淑翠]
26. 大学生就业指导 [主编 王丽莉 董宴廷]
27. 系统架构设计师章节习题与考点特训 [主编 薛大龙 邹月平]
28. 高校学生工作探索与实践 [郭亮 著]
29. 大学生情商管理 [方雄 著]
30. 2023年长沙市会展业发展报告 [主编 周栋良]