一种确定钢铁企业能源综合调度可行解的方法技术

本发明专利技术适用于钢铁企业能源调度技术领域，提供了一种确定钢铁企业能源综合调度可行解的方法，包括：建立能源介质管网信息集Ε、单元设备信息集Ψ和每个单元设备的输入或输出变量对应的变量集X；判断所述变量集中无直接关联的单元设备或者不能根据已知的输入/输出变量计算得到的变量为自由变量；分别确定煤气能源介质和蒸汽及电力能源介质对应的单元设备的自由变量满足在其对应的上下限范围内的初始值；根据所述变量集中所述自由变量和非自由变量的相关性确定非自由变量的值；判断所述变量集中的变量的值是否满足单元设备的工艺模型约束，是，记录变量值输出可行解，否，调整所述变量集中违反约束的变量的值后再次判断，解决了钢铁企业能源综合调度可行解搜索的技术难题。

【技术实现步骤摘要】
一种确定钢铁企业能源综合调度可行解的方法
本专利技术属于钢铁企业能源调度
，尤其涉及一种确定钢铁企业能源综合调 度可行解的方法。
技术介绍
钢铁工业是国民经济的基础性支柱产业，同时又是资源、能源密集型产业。能源消 耗是决定钢铁工业生产成本和利润的重要因素，也是影响环境负荷的主要原因。一方面，钢 铁企业生产流程长，工序、设备繁多，各工序间相互衔接，且每种工序、设备都与多种能源介 质关联；另一方面，钢铁企业需要用到的能源种类超过20种，这些能源介质不仅各自存在 产耗、储存、缓冲和输配等多种形态，而且相互之间有着复杂的转换、替代等关联关系，这都 使得整个钢铁企业能源系统网络结构紧密耦合、错综复杂。因此，对钢铁企业能源系统的研 究具有理论和现实两方面的重要意义。 目前，规模在300万t以上钢铁企业的能源调度大都具备了较好的网络和数据等 硬件基础条件，不同程度地实现了能源集中监视，以及能源调度与生产调度的信息共享，但 仍然存在一些不可忽视的关键问题，名称为钢铁企业能源中心的现状与发展趋势（作者： 张玉庆，徐化岩；冶金自动化，2011，35 (4) :15-19.)的文献中明确指出：对单一能源介质的 调度模型研究较多，多介质协同调度研究较少，而单介质优化无法解决系统优化问题，甚至 出现不满足其他介质约束而使优化结果无效的情形。 对于钢铁企业能源综合调度问题而言，针对包含钢铁企业三种主要的能源介质： 副产煤气、蒸汽和电力及其他介质的多能源综合调度中，存在着大量的线性和非线性、等式 和不等式约束条件，如各种能源产耗、储存、缓冲、输配和转换等单元设备需满足工艺约束， 每种能源介质自身还需满足动态平衡约束等。对这种复杂的强约束问题，如果没有一个好 的约束处理机制作为支撑，在求解计算过程中，出现违反约束的不可行解的概率是非常大 的，可以说，此时获得一个可行解的难度将不亚于搜索到全局最优解的难度。可行解难以获 取的窘境不仅会降低能源综合调度问题求解计算的速度和效率，将大量的计算时间和资源 消耗在可行解的搜索任务上，还可能导致求解过程不收敛，无法输出可行/最优的调度方 案，严重影响能源调度与生产计划的实施。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种确定钢铁企业能源综合调度可行解的方法，以 解决现有技术难以获得钢铁企业能源综合调度可行解的问题。 本专利技术实施例是这样实现的，一种确定钢铁企业能源综合调度可行解的方法，所 述方法包括以下步骤： 步骤1，根据钢铁企业能源系统网络拓扑结构建立其对应的能源介质管网信息集 E、单元设备信息集Ψ和所述单元设备信息集中每个单元设备的输入或输出变量对应的变 量集X ; 所述单元设备信息集为系统中可调度的关键设备和其他公辅设备，包括：煤气混 合站、煤气加压站、煤气柜、煤气放散塔、锅炉、蒸汽轮机和减温减压阀单元设备； 步骤2,判断所述变量集中无直接关联的单元设备或者不能根据已知的输入/输 出变量计算得到的变量为自由变量，构建自由变量集Γ ; 步骤3,分别确定煤气能源介质和蒸汽及电力能源介质对应的单元设备的自由变 量满足在其对应的上下限范围内的初始值； 确定所述煤气能源介质对应的单元设备的自由变量的初始值的方法包括： 确定一个种类的各个单元设备的变量的初始值后，对所述确定的初始值进行限幅 处理，使其满足在其对应的上下限范围内，再确定下一个种类的各个单元设备的变量的初 始值； 所述确定一个种类的各个单元设备的变量的初始值的方法包括：对该种类各个单 元设备依次求初始值；单元设备的初始值为煤气富余量减去已经确定的该种类单元设备的 变量初始值后与区间[0，1]范围内的随机数的乘积，其中最后一个该种类单元设备相乘的 随机数为1 ; 蒸汽及电力能源介质对应的蒸汽轮机单元设备的自由变量的初始值为： 锅炉产生的蒸汽量减去主生产工序对蒸汽的预测需求量和已经确定的蒸汽轮机 的变量初始值后与区间[0，1]范围内的随机数的乘积，其中最后一个蒸汽轮机相乘的随机 数为1 ; 步骤4,根据所述变量集中所述自由变量和非自由变量的相关性确定非自由变量 的值； 步骤5,判断所述变量集中的变量的值是否满足单元设备的工艺模型约束，是，记 录变量值输出可行解，否，执行步骤6 ; 步骤6,调整所述变量集中违反约束的变量的值，执行步骤5。 本专利技术实施例提供的一种确定钢铁企业能源综合调度可行解的方法的有益效果 包括： 1、本专利技术提供的一种确定钢铁企业能源综合调度可行解的方法，以蒙特卡罗随机 模拟和启发式算法结合为特征的可行解设计方法，通过分组对煤气、蒸汽和电力子系统中 的自由变量进行预分配、限幅、偏差修正，以及检验和调整等处理过程，在无需复杂迭代搜 索计算的前提下快速得到自然满足所有约束条件的可行解，解决了钢铁企业能源综合调度 可行解搜索的技术难题。 2、所提出的方法可以在无需复杂迭代搜索计算的前提下快速得到自然满足所有 约束条件的可行解，极大地节省了计算时间和软硬件资源； 3、应用该方法生成的可行解具有较好的多样性特征，这为钢铁企业能源综合调度 问题中后续的最优解求解计算提供良好的初始条件。 【附图说明】 为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些 实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些 附图获得其他的附图。 图1是本专利技术提供的确定钢铁企业能源综合调度可行解的方法的总体流程图； 图2是本专利技术实施例提供的确定钢铁企业能源综合调度可行解的方法的详细流 程图； 图3是典型钢铁企业子系统拓扑结构图； 图4是典型钢铁企业蒸汽和电力子系统拓扑结构图； 图5是钢铁企业实施例的煤气、蒸汽和电力子系统拓扑结构示意图。 【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并 不用于限定本专利技术。 为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。 如图1所示为本专利技术提供的确定钢铁企业能源综合调度可行解的方法的总体流 程图，所述方法包括以下步骤： 步骤1，根据钢铁企业能源系统网络拓扑结构建立其对应的能源介质管网信息集 E、单元设备信息集Ψ和该单元设备信息集中每个单元设备的输入或输出变量对应的变量 集X。 该单元设备信息集为系统中可调度的关键设备和其他公辅设备，包括：煤气混合 站、煤气加压站、煤气柜、煤气放散塔、锅炉、蒸汽轮机和减温减压阀单元设备。 步骤2,确定变量集中无直接关联的单元设备或者不能根据已知的输入/输出变 量计算得到的变量为自由变量，构建自由变量集Γ。 步骤3,分别确定煤气能源介质和蒸汽及电力能源介质对应的单元设备的自由变 量满足在其对应的上下限范围内的初始值。 确定煤气能源介质对应的单元设备的自由变量的初始值的方法包括： 确定一个种类的各个单元设备的变量的初始值后，对该确定的初始值进行限本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定钢铁企业能源综合调度可行解的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1，根据钢铁企业能源系统网络拓扑结构建立其对应的能源介质管网信息集E、单元设备信息集Ψ和所述单元设备信息集中每个单元设备的输入或输出变量对应的变量集X；所述单元设备信息集为系统中可调度的关键设备和其他公辅设备，包括：煤气混合站、煤气加压站、煤气柜、煤气放散塔、锅炉、蒸汽轮机和减温减压阀单元设备；步骤2，判断所述变量集中无直接关联的单元设备或者不能根据已知的输入/输出变量计算得到的变量为自由变量，构建自由变量集X′；步骤3，分别确定煤气能源介质和蒸汽及电力能源介质对应的单元设备的自由变量满足在其对应的上下限范围内的初始值；确定所述煤气能源介质对应的单元设备的自由变量的初始值的方法包括：确定一个种类的各个单元设备的变量的初始值后，对所述确定的初始值进行限幅处理，使其满足在其对应的上下限范围内，再确定下一个种类的各个单元设备的变量的初始值；所述确定一个种类的各个单元设备的变量的初始值的方法包括：对该种类各个单元设备依次求初始值；单元设备的初始值为煤气富余量减去已经确定的该种类单元设备的变量初始值后与区间[0，1]范围内的随机数的乘积，其中最后一个该种类单元设备相乘的随机数为1；蒸汽及电力能源介质对应的蒸汽轮机单元设备的自由变量的初始值为：锅炉产生的蒸汽量减去主生产工序对蒸汽的预测需求量和已经确定的蒸汽轮机的变量初始值后与区间[0，1]范围内的随机数的乘积，其中最后一个所述蒸汽轮机相乘的随机数为1；步骤4，根据所述变量集中所述自由变量和非自由变量的相关性确定非自由变量的值；步骤5，判断所述变量集中的变量的值是否满足单元设备的工艺模型约束，是，记录变量值输出可行解，否，执行步骤6；步骤6，调整所述变量集中违反约束的变量的值，执行步骤5。...

【技术特征摘要】
1. 一种确定钢铁企业能源综合调度可行解的方法，其特征在于，所述方法包括： 步骤1，根据钢铁企业能源系统网络拓扑结构建立其对应的能源介质管网信息集E、单 元设备信息集W和所述单元设备信息集中每个单元设备的输入或输出变量对应的变量集 X； 所述单元设备信息集为系统中可调度的关键设备和其他公辅设备，包括：煤气混合站、 煤气加压站、煤气柜、煤气放散塔、锅炉、蒸汽轮机和减温减压阀单元设备； 步骤2,判断所述变量集中无直接关联的单元设备或者不能根据已知的输入/输出变 量计算得到的变量为自由变量，构建自由变量集X'; 步骤3,分别确定煤气能源介质和蒸汽及电力能源介质对应的单元设备的自由变量满 足在其对应的上下限范围内的初始值； 确定所述煤气能源介质对应的单元设备的自由变量的初始值的方法包括： 确定一个种类的各个单元设备的变量的初始值后，对所述确定的初始值进行限幅处 理，使其满足在其对应的上下限范围内，再确定下一个种类的各个单元设备的变量的初始 值； 所述确定一个种类的各个单元设备的变量的初始值的方法包括：对该种类各个单元设 备依次求初始值；单元设备的初始值为煤气富余量减去已经确定的该种类单元设备的变量 初始值后与区间[〇，1]范围内的随机数的乘积，其中最后一个该种类单元设备相乘的随机 数为1 ; 蒸汽及电力能源介质对应的蒸汽轮机单元设备的自由变量的初始值为： 锅炉产生的蒸汽量减去主生产工序对蒸汽的预测需求量和已经确定的蒸汽轮机的变 量初始值后与区间[〇，1]范围内的随机数的乘积，其中最后一个所述蒸汽轮机相乘的随机 数为1 ; 步骤4,根据所述变量集中所述自由变量和非自由变量的相关性确定非自由变量的 值； 步骤5,判断所述变量集中的变量的值是否满足单元设备的工艺模型约束，是，记录变 量值输出可行解，否，执行步骤6 ; 步骤6,调整所述变量集中违反约束的变量的值，执行步骤5。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1为根据所述钢铁企业能源系统网 络拓扑结构对钢铁企业能源综合调度问题初始化的过程，还包括： 步骤101，建立能源介质管网信息集E= {GAS，STM，ELE，--?}和单元设备信息集W= {MIX,PRE,HLD,EMI,BOI,TUR,VAL, - }； GAS、STM和ELE分别为煤气、蒸汽和电力能源介质子集；MIX、PRE、HLD、EMI、BOI、TUR和VAL分别为煤气混合站、煤气加压站、煤气柜、煤气放散塔、锅炉、蒸汽轮机和减温减压阀 单元设备子集； 步骤102,确定所述单元设备的工艺模型和约束条件，并将所述单元设备的工艺模型和 约束条件以及按管网归类的各能源介质的物理平衡约束映射为约束集合C=ICpC2I，其 中，C1为单元设备的工艺模型的约束条件子集，C2为能源介质的物理平衡约束子集。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括： 步骤201，将所述步骤101中所述单元设备信息集W包含的每个单元设备的输入/输 出变量构造成变量集X= (X1,x2, --?，Xi, --?，xn)，其中，Xi为第i个单元设备的变量值；结合 单元设备的工艺特征对X进行相关性分析，将X中的变量区分为自由变量和非自由变量，将 自由变量构造成新的变量集X'; 步骤202 :确定所述变量集X中所有所述变量的值域集D，满足其中，/6和仏分别为变量Xi的 xi xi 取值范围下限和上限； 所述自由变量和非自由变量的区分方法包括： 在能源系统网络拓扑结构中无直接关联的单元设备的输入变量均作为自由变量；有直 接关联的单元设备的输入变量均作为非自由变量； 单元设备的输出变量中，能够依据工艺模型由已知的输入/输出变量计算得到，或者 依据其它的功/能量/热量守恒或物料/质量守恒定律间接计算得到，则为非自由变量，其 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾亮，
申请(专利权)人：中冶南方工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42