钢铁企业基于能源仿真的多能源介质综合优化调配系统技术方案

钢铁企业基于能源仿真的多能源介质综合优化调配系统，包括：仿真组态模块、参数配置模块、工况录入模块、计划读取模块、仿真优化模块、仿真分析模块，六个模块均运行在仿真计算机上，模块涉及的参数及工况信息均保存在关系数据库中，所述的关系数据库软件运行在数据库服务器上，仿真计算机和数据库服务器之间通过局域网链接。优点在于从钢铁制造流程物质流能量流耦合特点出发，提出了基于能量流网络动态仿真的钢铁工业多能源介质综合优化调配策略，并构建了仿真平台。此仿真平台充分考虑了物质流、能量流的耦合特性，更切合实际需求。

【技术实现步骤摘要】
钢铁企业基于能源仿真的多能源介质综合优化调配系统
本专利技术属于钢铁企业能源优化
，特别是提供了一种钢铁企业基于能源仿真的多能源介质综合优化调配系统，针对钢铁行业的多介质之间综合优化调配。
技术介绍
钢铁工业是能源密集型产业，我国钢铁工业能耗约占全国工业总能耗的16％,目前我国钢铁企业的吨钢能耗仍比世界先进水平国家高出10％左右。面对节能减排的严峻形势，钢铁工业亟需通过绿色化、智能化实现可持续发展。能源优化调配是钢铁企业系统节能的关键技术之一。通过能源优化调配可以实现能质匹配，提高能源的利用率，降低二次能源放散，在满足生产对能源质量和数量要求前提下，降低能源成本。钢铁工业能源系统的特点对能源调配技术提出了挑战。首先，钢铁企业能源介质种类繁多，包括煤、焦炭、煤气、电力、蒸汽、技术气体、压缩空气、水等近30种，其次，各种能源介质与钢铁生产流程耦合紧密，很多二次能源介质直接产生于钢铁生产过程的副产品或余热余能回收利用，如高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、各种蒸汽回收、CDQ发电和TRT发电等。此外，各种能源介质的产生、转换、存储、输送和分配使用通过能源管网实现，构成了复杂的相互制约的能量流网络。对于钢铁企业能源优化调配问题的研究分为两个方面：第一，单一介质的优化调配研究，钢铁工业单一介质优化调配，不能考虑各种能源介质的产生、转换间的关联关系，难以取得多种能源介质综合优化的效果；第二，多介质的优化调配研究，很多学者在建立多介质优化调配模型时，并没有充分考虑钢铁工业能源系统与钢材生产系统耦合紧密的特点，事实上，生产系统品种、产量、设备状态和工艺路径的不同，能源系统各介质的产生、转化、分配和使用需求不同，都会导致各种能源介质的平衡关系、优化约束边界条件发生变化，使优化效果大打折扣。本专利技术从钢铁制造流程物质流能量流耦合特点出发，提出了基于能量流网络动态仿真的钢铁工业多能源介质综合优化调配策略。首先基于主生产工序的能量流模型、分介质能量流网络模型建立钢铁企业物质流能量流集成的能量流网络模型，充分表征物质流、能量流相互耦合和相互影响，然后通过输入当前生产计划、工艺路径、设备运行状况等信息进行钢铁制造全流程仿真，来识别、调整生产系统对能源系统的时变需求，形成多时间周期动态变化的优化约束边界条件，最后针对不同生产场景进行优化求解，给出对应的多能源介质动态优化调配策略。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钢铁企业基于能源仿真的多能源介质综合优化调配系统，针对钢铁行业的多介质综合优化调度，为钢铁企业能源调度人员提供一套计划制定、情景模拟、方案对比分析的工具。本专利技术包括：仿真组态模块、参数配置模块、工况录入模块、计划读取模块、仿真优化模块、仿真分析模块，六个模块均运行在仿真计算机上，模块涉及的参数及工况信息均保存在关系数据库中，所述的关系数据库软件运行在数据库服务器上，仿真计算机和数据库服务器之间通过局域网链接。本系统功能结构图如图1所示。所述的仿真组态模块，包括单元组态以及能量流网络组态。单元组态，需要配置各能源介质发生、消耗单元及单元的层级归属情况；能量流网络组态需要配置各介质能流情况，涉及源(即能源产生单元或者加工转换单元)、介质、目标、描述、数据点信息。如图4所示为煤气介质能量流网络结构示意图。所述的参数配置模块，包括：折标系数配置、缓存配置、燃料约束、设备能力约束、介质优先级配置、自耗系数配置。折标系数配置主要配置每种能源介质折标系数；缓存配置，用于配置各缓存单元存储容量上下限及实时容量读物标签；燃料约束配置，用于配置消耗混合燃料的设备如锅炉、电站等的各种燃料的比例范围及默认值；设备能力约束，用于配置各能源设备产出容量及效率如各型号电站的发电容量、发电效率及锅炉效率，各种锅炉设备的容量及效率，干熄焦发电设备(CDQ)的综合效率。介质优先级配置，用于配置介质调配优先级，以数字量进行表征，数字越大优先级约高；自耗系数配置，用于配置各能源设备相对于自身产出能源的自耗比例及范围。所述的工况录入模块，一方面对无法在线获取设备状态信息的设备进行状态的手工录入，另一方面对临时非计划性设备停机状态提供预录。录入的信息包括设备名称、事件类型、事件描述、开始时间、结束时间。所述的计划读取模块，一方面用于从ERP系统读取生产计划及检修计划。另一方面对于无法在线读取的生产计划及检修计划，提供手工录入功能，以保证计划的完整性。所述的仿真优化模块，基于能源仿真的多能源介质综合优化调配流程如图2所示。首先根据生产计划确定流程工艺路径及工序单元，生成作业计划和维修计划，调用主生产工序能量流模型计算生产工序各种能源介质消耗量和回收量，以及生产工序各能源介质净需求，据此形成主生产工序能量动态平衡约束条件；然后调用分介质能量流模型进行能源系统介质转化计算，将技术气体、压缩空气、水、氢气等介质需求转换成对于煤气、蒸汽和电力需求，形成能源介质转换动态平衡约束条件；同时调用分介质能量流网络模型，根据能源设备启/停标识和能源介质管网平衡模型生产能源设备产能动态约束条件。汇总上述仿真信息，生成目标函数和约束条件，进行煤气-蒸汽-电力动态调配优化，进而得到技术气体、压缩空气、水、氢气、煤气、蒸汽和电力分介质调配方案。仿真优化模块涉及到主生产工序能量流模型、分介质能量流模型、能量流网络集成模型、仿真优化模型。(1)主生产工序能量流模型：建模方案如图3所示，本专利技术提出一种基于静态因素、动态因素及能源自身波动规律的建模方案。钢铁企业能源介质的波动在自身波动规律的基础上又受静态因素、动态因素的影响。生产工艺决定了其自身的波动规律(周期、非周期)，静态因素(物料、产品、工艺条件等)决定了能源介质发生或消耗量的波动水平，动态因素(工况条件)决定了其波动趋势。因此生产单元节点模型应从钢铁工艺生产实际出发，基于静态因素(物料、产品及工艺条件)、动态因素(计划检修、非计划停机)及能源本身波动规律(周期、非周期)建立能源输入输出动态模型。模型描述如下：其中表示正常状态下设备j发生或消耗的介质i的波动水平，x1,x2,…xn表示影响发生变化的静态因子；表示非正常状态S时设备j发生或消化的介质i的不同工况下的波动水平，gt是能标识第t个工况发生的检测信号，把检测信号转化为0,1状态信号s(gt)，实时获知设备的状态变化，不同工况状态下，能源呈现不同的波动趋势，则需要针对特定的工况，建立相应的模型f(gs)，计算特定工况下能源波动输入输出波动水平。实际应用时，通过历史相似工况的积累，可统计不同工况状态下，能源介质的波动水平，当无相似工况时，则以人工经验录入值为基准。(2)介质能量流网络模型：介质能量流网络包括始端节点、中点缓冲与连接器、终端节点介质能量流网络由于生产的需求拉动作用，能源介质通过管网连接器源源不断的从始端节点经中间缓存设备流向终端节点，满足生产需要。介质能量流网络结构示意图如图4所示，分介质能量流网络模型是从燃气、蒸汽、电、技术气体(氧氩氮)、压缩空气和水等分介质管网角度，将主生产工序分能源介质的消耗、回收与能源系统分能源介质的产生、储存、转换分配连接起来，建立分介质管网数学模型。能源管网拓扑结构的描述利用图论的有向图原理，通过关联矩阵(树枝矩阵，连枝矩阵)和基本回路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢铁企业基于能源仿真的多能源介质综合优化调配系统，其特征在于，包括：仿真组态模块、参数配置模块、工况录入模块、计划读取模块、仿真优化模块、仿真分析模块，六个模块均运行在仿真计算机上，模块涉及的参数及工况信息均保存在关系数据库中，所述的关系数据库运行在数据库服务器上，仿真计算机和数据库服务器之间通过局域网链接；所述的仿真优化模块，基于能源仿真的多能源介质综合优化调配流程，首先根据生产计划确定流程工艺路径及工序单元，生成作业计划和维修计划，调用主生产工序能量流模型计算生产工序各种能源介质消耗量和回收量，以及生产工序各能源介质净需求，据此形成主生产工序能量动态平衡约束条件；然后调用分介质能量流模型进行能源系统介质转化计算，将技术气体、压缩空气、水、氢气等介质需求转换成对于煤气、蒸汽和电力需求，形成能源介质转换动态平衡约束条件；同时调用分介质能量流网络模型，根据能源设备启/停标识和能源介质管网平衡模型生产能源设备产能动态约束条件；汇总上述仿真信息，生成目标函数和约束条件，进行煤气‑蒸汽‑电力动态调配优化，进而得到技术气体、压缩空气、水、氢气、煤气、蒸汽和电力分介质调配方案；仿真优化模块涉及到主生产工序能量流模型、分介质能量流模型、能量流网络集成模型、仿真优化模型。...

【技术特征摘要】
1.一种钢铁企业基于能源仿真的多能源介质综合优化调配系统，其特征在于，包括：仿真组态模块、参数配置模块、工况录入模块、计划读取模块、仿真优化模块、仿真分析模块，六个模块均运行在仿真计算机上，模块涉及的参数及工况信息均保存在关系数据库中，所述的关系数据库运行在数据库服务器上，仿真计算机和数据库服务器之间通过局域网链接；所述的仿真优化模块，基于能源仿真的多能源介质综合优化调配流程，首先根据生产计划确定流程工艺路径及工序单元，生成作业计划和维修计划，调用主生产工序能量流模型计算生产工序各种能源介质消耗量和回收量，以及生产工序各能源介质净需求，据此形成主生产工序能量动态平衡约束条件；然后调用分介质能量流模型进行能源系统介质转化计算，将技术气体、压缩空气、水、氢气等介质需求转换成对于煤气、蒸汽和电力需求，形成能源介质转换动态平衡约束条件；同时调用分介质能量流网络模型，根据能源设备启/停标识和能源介质管网平衡模型生产能源设备产能动态约束条件；汇总上述仿真信息，生成目标函数和约束条件，进行煤气-蒸汽-电力动态调配优化，进而得到技术气体、压缩空气、水、氢气、煤气、蒸汽和电力分介质调配方案；仿真优化模块涉及到主生产工序能量流模型、分介质能量流模型、能量流网络集成模型、仿真优化模型。2.根据权利要求1所述的优化调配系统，其特征在于，所述的仿真组态模块，包括单元组态以及能量流网络组态；单元组态，需要配置各能源介质发生、消耗单元及单元的层级归属情况；能量流网络组态需要配置各介质能流情况，涉及源(即能源发生单元或者加工转化单元)、介质、目标、描述、数据点信息。3.根据权利要求1所述的优化调配系统，其特征在于，参数配置模块，包括：折标系数配置、缓存配置、燃料约束、设备能力约束、介质优先级配置、自耗系数配置；折标系数配置，配置每种能源介质折标系数；缓存配置，用于配置各缓存单元存储容量上下限及实时容量读物标签；燃料约束配置，用于配置消耗混合燃料的设备如锅炉、电站等的各种燃料的比例范围及默认值；设备能力约束，用于配置各能源设备产出容量及效率如各型号电站的发电容量、发电效率及锅炉效率，各种锅炉设备的容量及效率，干熄焦发电设备CDQ的综合效率；介质优先级配置，用于配置介质调配优先级，以数字量进行表征，数字越大优先级越高；自耗系数配置，用于配置各能源设备相对于自身产出能源的自耗比例及范围。4.根据权利要求1所述的优化调配系统，其特征在于，所述的工况录入模块，一方面对无法在线获取设备状态信息的设备进行状态的手工录入，另一方面对临时非计划性设备停机状态提供预录；录入的信息包括设备名称、事件类型、事件描述、开始时间、结束时间。5.根据权利要求1所述的优化调配系统，其特征在于，所述的计划读取模块，一方面用于从ERP(企业资源计划)系统读取生产计划及检修计划，另一方面对于无法在线读取的生产计划及检修计划，提供手工录入功能，以保证计划的完整性。6.根据权利要求1所述的优化调配系统，其特征在于，主生产工序能量流模型建模方案提出一种基于静态因素、动态因素及能源自身波动规律的建模方案；钢铁企业能源介质的波动在自身波动规律的基础上又受静态因素、动态因素的影响；生产工艺决定了其自身的波动规律，静态因素(物料、产品、工艺条件)决定了能源介质发生或消耗量的波动水平，动态因素工况条件决定了其波动趋势；生产单元节点模型应从钢铁工艺生产实际出发，基于静态因素(物料、产品及工艺条件)、动态因素(计划检修、非计划停机)及能源本身波动规律(周期、非周期)，建立能源输入输出动态模型。模型描述如下：其中表示正常状态下设备j发生或消耗的介质i的波动水平，x1,x2,…xn表示影响发生变化的静态因子；表示非正常状态S时设备j发生或消化的介质i的不同工况下的波动水平，gt是能标识第t个工况发生的检测信号，把检测信号转化为0,1状态信号s(gt)，实时获知设备的状态变化，不同工况状态下，能源呈现不同的波动趋势，则需要针对特定的工况，建立相应的模型f(gs)，计算特定工况下能源波动输入输出波动水平；实际应用时，通过历史相似工况的积累，能统计不同工况状态下，能源介质的波动水平，当无相似工况时，则以人工经验录入值为基准。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，介质能量流网络包括始端节点、中点缓冲与连接器、终端节点介质能量流网络由于生产的需求拉动作用，能源介质通过管网连接器源源不断的从始端节点经中间缓存设备流向终端节点，满足生产需要；分介质能量流网络模型是从燃气、蒸汽、电、技术气体、压缩空气和水，分介质管网角度，将主生产工序分能源介质的消耗、回收与能源系统分能源介质的产生、储存、转换分配连接起来，建立分介质管网数学模型；...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁青艳，孙彦广，徐化岩，李文兵，
申请(专利权)人：冶金自动化研究设计院，
类型：发明
国别省市：北京,11