本發(fā)明涉及一種基于無模型自適應(yīng)控制的水庫智能調(diào)度系統(tǒng)及方法，屬于水利調(diào)度。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的不斷進(jìn)步，水庫作為水資源調(diào)度的重要工具，其調(diào)度管理面臨著越來越復(fù)雜的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的水庫調(diào)度方法通常依賴于人工經(jīng)驗(yàn)或基于固定規(guī)則的控制系統(tǒng)，這些方法的調(diào)度精度和靈活性較低，尤其是在應(yīng)對復(fù)雜的水文環(huán)境和突發(fā)狀況時(shí)，傳統(tǒng)的調(diào)度策略往往難以適應(yīng)。隨著氣候變化和極端天氣事件的增多，水庫調(diào)度系統(tǒng)需要具備更強(qiáng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，以確保水庫水位在不同條件下能夠保持在安全范圍內(nèi)。

2、傳統(tǒng)的基于模型的水庫調(diào)度方法依賴于對水庫系統(tǒng)進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)建模，但由于水庫系統(tǒng)具有復(fù)雜性和多變性，建立精確模型不僅耗時(shí)費(fèi)力，還存在模型失效的風(fēng)險(xiǎn)，尤其在面對突發(fā)的水文變化時(shí)，調(diào)度系統(tǒng)無法快速響應(yīng)。此外，現(xiàn)有調(diào)度系統(tǒng)往往缺乏對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的有效利用，無法充分利用現(xiàn)代傳感器網(wǎng)絡(luò)提供的實(shí)時(shí)水文信息來進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種基于無模型自適應(yīng)控制的水庫智能調(diào)度系統(tǒng)及方法，能夠解決傳統(tǒng)調(diào)度系統(tǒng)建立精確模型耗時(shí)費(fèi)力，且存在模型失效的風(fēng)險(xiǎn)，以及在面對突發(fā)的水文變化時(shí)無法快速響應(yīng)的問題。

2、一方面，本發(fā)明提供了一種基于無模型自適應(yīng)控制的水庫智能調(diào)度系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

3、數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集水庫的實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)；

4、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)水庫的歷史水文數(shù)據(jù)；

5、調(diào)度策略確定模塊，與所述數(shù)據(jù)采集模塊和所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊均連接，用于根據(jù)所述實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)和所述歷史水文數(shù)據(jù)，并利用無模型自適應(yīng)控制算法確定水庫的調(diào)度策略；

6、調(diào)度執(zhí)行模塊，與所述調(diào)度策略確定模塊連接，用于根據(jù)所述水庫的調(diào)度策略對所述水庫進(jìn)行調(diào)度。

7、可選的，所述實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)包括實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù)；所述實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)包括水庫的實(shí)時(shí)進(jìn)水流量、實(shí)時(shí)出水流量、實(shí)時(shí)蒸發(fā)量和水庫所在地區(qū)的實(shí)時(shí)降水量；所述實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù)包括水庫的實(shí)時(shí)水位；

8、所述歷史水文數(shù)據(jù)包括歷史輸入數(shù)據(jù)和歷史輸出數(shù)據(jù)；所述歷史輸入數(shù)據(jù)包括水庫的歷史進(jìn)水流量、歷史出水流量、歷史蒸發(fā)量和水庫所在地區(qū)的歷史降水量；所述歷史輸出數(shù)據(jù)包括水庫的歷史水位。

9、可選的，所述調(diào)度策略確定模塊具體包括：

10、模型構(gòu)建單元，用于構(gòu)建增量輸入數(shù)據(jù)和增量輸出數(shù)據(jù)之間的增量模型；所述增量輸入數(shù)據(jù)為當(dāng)前時(shí)刻采集的實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)相比于存儲(chǔ)的前一時(shí)刻的歷史輸入數(shù)據(jù)的增量；所述增量輸出數(shù)據(jù)為當(dāng)前時(shí)刻采集的實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù)相比于存儲(chǔ)的前一時(shí)刻的歷史輸出數(shù)據(jù)的增量；

11、策略確定單元，用于根據(jù)所述增量模型、前一時(shí)刻的增量輸入數(shù)據(jù)、當(dāng)前時(shí)刻的增量輸出數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)確定下一時(shí)刻水庫的調(diào)度策略。

12、可選的，所述策略確定單元具體包括：

13、矩陣更新子單元，用于根據(jù)前一時(shí)刻的增量輸入數(shù)據(jù)和所述增量模型中的增量線性化矩陣以及當(dāng)前時(shí)刻的增量輸出數(shù)據(jù)，確定當(dāng)前時(shí)刻的增量線性化矩陣；

14、策略生成子單元，用于根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的增量線性化矩陣、實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù)和水庫的期望水位，確定下一時(shí)刻水庫的調(diào)度策略。

15、可選的，所述實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)和所述歷史輸入數(shù)據(jù)還包括水庫所在地區(qū)的氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。

16、可選的，所述氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)包括未來24小時(shí)的預(yù)報(bào)降水量和預(yù)報(bào)蒸發(fā)量。

17、可選的，所述調(diào)度執(zhí)行模塊包括：

18、指令生成單元，用于根據(jù)所述水庫的調(diào)度策略生成調(diào)度指令；

19、指令執(zhí)行單元，用于根據(jù)所述調(diào)度指令控制所述水庫的進(jìn)水閥和出水閥的開度。

20、可選的，所述系統(tǒng)還包括：

21、數(shù)據(jù)備份模塊，與所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和所述指令生成單元均連接，用于對所述歷史水文數(shù)據(jù)和所述調(diào)度指令進(jìn)行定期備份。

22、另一方面，本發(fā)明提供了一種基于無模型自適應(yīng)控制的水庫智能調(diào)度方法，所述方法包括：

23、采集水庫的實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)；

24、根據(jù)歷史水文數(shù)據(jù)和所述實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)，并利用無模型自適應(yīng)控制算法確定水庫的調(diào)度策略；

25、根據(jù)所述水庫的調(diào)度策略對所述水庫進(jìn)行調(diào)度。

26、可選的，根據(jù)歷史水文數(shù)據(jù)和所述實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)，并利用無模型自適應(yīng)控制算法確定水庫的調(diào)度策略，具體包括：

27、構(gòu)建增量輸入數(shù)據(jù)和增量輸出數(shù)據(jù)之間的增量模型；所述增量輸入數(shù)據(jù)為當(dāng)前時(shí)刻采集的實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)相比于存儲(chǔ)的前一時(shí)刻的歷史輸入數(shù)據(jù)的增量；所述增量輸出數(shù)據(jù)為當(dāng)前時(shí)刻采集的實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù)相比于存儲(chǔ)的前一時(shí)刻的歷史輸出數(shù)據(jù)的增量；

28、根據(jù)所述增量模型、前一時(shí)刻的增量輸入數(shù)據(jù)、當(dāng)前時(shí)刻的增量輸出數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)確定下一時(shí)刻水庫的調(diào)度策略。

29、本發(fā)明能產(chǎn)生的有益效果包括：

30、本發(fā)明提供的基于無模型自適應(yīng)控制的水庫智能調(diào)度系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)采集水庫水位、進(jìn)水流量、出水流量、降水量、蒸發(fā)量等水文數(shù)據(jù)，結(jié)合無模型自適應(yīng)控制算法動(dòng)態(tài)調(diào)整水庫的調(diào)度策略，確保水庫水位在安全范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用和智能化管理。

31、本發(fā)明提供的基于無模型自適應(yīng)控制的水庫智能調(diào)度系統(tǒng)，通過結(jié)合未來氣象預(yù)報(bào)信息，可以有效預(yù)防極端天氣帶來的水位波動(dòng)，提前進(jìn)行調(diào)度決策。同時(shí)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊還可用于記錄歷史調(diào)度數(shù)據(jù)，持續(xù)優(yōu)化無模型自適應(yīng)控制算法，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度與調(diào)度精度。

32、本發(fā)明提供的基于無模型自適應(yīng)控制的水庫智能調(diào)度系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行控制輸入的自適應(yīng)調(diào)整，擺脫了對精確數(shù)學(xué)模型的依賴，極大地提高了調(diào)度的靈活性和適應(yīng)性。同時(shí)通過無模型自適應(yīng)控制算法能夠?qū)崿F(xiàn)水庫水位的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，快速響應(yīng)突發(fā)的水文變化，確保水庫運(yùn)行的安全性和高效性。該系統(tǒng)能夠根據(jù)歷史水文數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)進(jìn)行自我學(xué)習(xí)和優(yōu)化調(diào)度策略，顯著提高了水庫的智能化管理水平。并且結(jié)合氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)度決策，實(shí)現(xiàn)對極端天氣事件的提前應(yīng)對，進(jìn)一步提升調(diào)度的精準(zhǔn)性。

技術(shù)特征：

1.一種基于無模型自適應(yīng)控制的水庫智能調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)包括實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù)；所述實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)包括水庫的實(shí)時(shí)進(jìn)水流量、實(shí)時(shí)出水流量、實(shí)時(shí)蒸發(fā)量和水庫所在地區(qū)的實(shí)時(shí)降水量；所述實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù)包括水庫的實(shí)時(shí)水位；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)度策略確定模塊具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述策略確定單元具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)和所述歷史輸入數(shù)據(jù)還包括水庫所在地區(qū)的氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)包括未來24小時(shí)的預(yù)報(bào)降水量和預(yù)報(bào)蒸發(fā)量。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)度執(zhí)行模塊包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括：

9.一種基于無模型自適應(yīng)控制的水庫智能調(diào)度方法，其特征在于，所述方法包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，根據(jù)歷史水文數(shù)據(jù)和所述實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)，并利用無模型自適應(yīng)控制算法確定水庫的調(diào)度策略，具體包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于無模型自適應(yīng)控制的水庫智能調(diào)度系統(tǒng)及方法，屬于水利調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，能夠解決傳統(tǒng)調(diào)度系統(tǒng)建立精確模型耗時(shí)費(fèi)力，且存在模型失效的風(fēng)險(xiǎn)，以及在面對突發(fā)的水文變化時(shí)無法快速響應(yīng)的問題。所述系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集水庫的實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)水庫的歷史水文數(shù)據(jù)；調(diào)度策略確定模塊，與數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊均連接，用于根據(jù)實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)和歷史水文數(shù)據(jù)，并利用無模型自適應(yīng)控制算法確定水庫的調(diào)度策略；調(diào)度執(zhí)行模塊，與調(diào)度策略確定模塊連接，用于根據(jù)水庫的調(diào)度策略對水庫進(jìn)行調(diào)度。本發(fā)明用于水庫的智能調(diào)度。

技術(shù)研發(fā)人員：贠劍虹,黃子軒,董旭榮,張俊樂,婁幸媛,張磊,肖昭,王普,弓衛(wèi)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26