用于钢铁企业能源优化调度的分类建模和滚动求解方法技术

本发明专利技术公开了一种用于钢铁企业能源优化调度的分类建模和滚动求解方法。根据钢铁企业中的能源设备与管网的特性分类建立模型，基于这些模型，得到一个带约束的非线性数学规划问题，通过目标函数的设定和决策变量的选取，将其转换为一个大规模线性规划问题，采用专门为大规模线性规划问题设计的高效率原始对偶内点法进行快速求解，在求解过程中，采用一种基于移动窗口的事件驱动滚动优化计算策略，当影响设备能源产耗的因素突发性变动时，确定设备类型及其相应的工艺约束条件，以临时变更的调度时段为移动窗口，重新计算能源优化调度策略。对钢铁企业具有普遍的通用性，保证了优化调度问题求解的实时性，提高了调度策略处理随机突发事件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钢铁企业能源管理领域能源平衡与调度方法，尤其涉及。
技术介绍
钢铁企业是耗能大户，企业能源调度方法的合理性等是影响钢铁企业能耗的重要因素，好的能源调度方法对钢铁企业节能和降低生产成本有着重要的现实意义。建立企业能源设备的数学模型是能源优化调度的前提，在模型的基础上构建能源优化调度问题的数学模型是关键。目前，我国大部分钢铁企业采用通过观测现场能源数据的异常情况来进行人工调度方法，调度人员根据个人经验给出能源调度方案，调度结果的好坏与调度人员的素质、责任、情绪息息相关，调度结果的可靠性差。当能源调度系统规模增大时，调度人员由于自身条件的限制，往往难以给出合适的调度方案。钢铁企业有众多的工艺流程和大量的能源设备，传统的能源设备建模方法按工艺流程来建模，建模时要深入了解工艺流程，模型的数量极大，且增加了建模的难度和复杂性。现有的能源调度均未考虑能源存储设备在能源调度中的作用。本专利技术分析了钢铁企业设备能源产耗情况的特点，并考虑了能源存储设备在能源调度中的作用，对整个企业的设备进行了分类，在对单个设备进行能源动态建模的基础上，建立了钢铁企业的二次能源电力，蒸汽和煤气的中长期优化调度模型，利用计算机的快速计算能力，通过优化调度算法的求解得到合理的优化调度策略。因而，本专利技术旨在建立一种相对简单但行之有效的能源设备建模方法，根据钢铁企业设备能源产耗情况的特点，将设备、管网进行分类，这种分类方法下，与能源调度相关的设备数学模型表达大大简化，并且能普遍适用于各个不同的钢铁企业。通过对算法进行独特的处理，将原带约束非线性数学规划问题转换为一个大规模线性规划问题，并采用专门为大规模线性规划问题设计的高效率原始对偶内点法进行求解，可靠性高，保证了优化调度问题求解的实时性。求解的同时，考虑到钢铁企业是一个庞大的复杂系统，企业设备运行难免有异常情况发生，为了减小由随机突发事件所造成的能源优化调度策略上的失误，采用一种基于移动窗口的事件驱动滚动优化调度策略，以提高调度策略处理随机突发事件的可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。基本步骤如下1)根据钢铁企业中的能源设备与管网的特性，将所有设备分为以下五种能源固定型设备、能源可变型设备、能源转换型设备、能源储存/缓冲型设备、非能源储存/缓冲型设备；2)采用机理建模与数据拟合算法对上述设备分类建立数学模型；3)基于分类建模方法建立的模型，得到一个带约束的非线性数学规划问题，将其转换为一个大规模线性规划问题；4)采用一种基于移动窗口的事件驱动滚动优化计算策略；5)采用原对偶内点法进行快速求解。所述的能源固定型设备这类设备能源的产生量和消耗量当生产任务下达后为定值，不可随意分配。所述的能源可变型设备这类设备为完成指定生产任务可采用不同的能源组合，且其能源组合须满足一定的配比关系约束。所述的能源转换型设备；这类设备能源的产量及产生这些能源的其他能源的消耗量可以调节。所述的能源储存/缓冲设备此类设备本身不参与能源的产耗计算，但可以维持管网内的平衡，改变管网的平衡方式。所述的采用机理建模与数据拟合算法对上述设备分类建立数学模型对能源固定型设备、能源可变型设备、能源转换型设备，分别采用滑动平均滤波算法、偏最小二乘法拟合设备消耗或者产生能源与生产任务之间的函数关系，以及可相互转换能源之间的转换关系；对能源储存/缓冲型设备采用机理建模的方法。所述的得到一个带约束的非线性数学规划问题，将其转换为一个大规模线性规划问题能源约束方程的形式可分为可变型能源设备约束方程，能源转换设备的约束方程，管网的能源供需平衡方程；能源缓冲型设备的约束方程不满足连续性的要求，呈现出非线性特性，通过目标函数的设定和决策变量的选取，将原带约束非线性数学规划问题转换为一个大规模线性规划问题。所述的采用一种基于移动窗口的事件驱动滚动优化计算策略事件突发时，确定设备类型及其相应的工艺约束条件，以临时变更的调度时段为移动窗口，重新计算能源平衡与优化调度策略。所述的采用原对偶内点法进行快速求解在可行域的边界上通过设置障碍函数使迭代点在靠近可行域边界时，给出的目标函数值迅速增大，并在迭代过程中适当控制步长，从而使迭代点始终在可行域内部，算法收敛于原问题的全局最优解。本专利技术提出的设备分类方法对于各种类型和规模的钢铁企业具有一定的通用性；问题求解算法的计算时间对问题的规模不敏感，计算次数不会随问题规模的增大而增加，且有很好的收敛性和鲁棒性，可靠性高，保证了优化调度问题求解的实时性；滚动优化使调度策略对设备发生的异常情况具有很好的适应性，提高了调度策略处理随机突发事件的可靠性。具体实施例方式1.钢铁企业能源设备模型分类建模针对钢铁企业设备耗能和产能的方式和各种设备在能源优化调度过程中所起的不同作用，本专利技术提出了一种新的整个钢铁企业的设备分类方式，具体将钢铁企业设备分为以下五类能源固定型设备，能源可变型设备和能源转换型设备、能源存储/缓冲型设备和非能源存储/缓冲型设备。这种设备分类方法是根据设备能源使用情况以及能源优化调度建模的基础进行分类的，因此对于各种类型和规模的钢铁企业具有一定的通用性。关于设备的分类说明如下1)能源固定型设备在该类设备中，当生产任务下达后，设备能源的产生量和消耗量为定值，不可随意分配，或随意分配后可产生生产任务的延误或产品质量的下降。其数学表达式为x(t)＝g(u(t))其中x(t)表示能源固定型设备能源消耗或者产生量；u(t)表示能源固定型设备生产任务；g(u(t))表示能源固定型设备能源消耗或者产生量与生产任务的函数关系。2)能源可变型设备在该类设备中，为完成指定生产任务可采用不同能源组合，且其能源组合须满足一定的配比关系约束，能源使用量上下限约束，及能源调整速度约束。其数学表达式为c1x1(t)+c2x2(t)+...+cnxn(t)＝g(u(t))其中ci表示能源可变型设备能源i的消耗量的系数；xi(t)表示能源可变型设备能源i的消耗量；u(t)表示能源可变型设备生产任务；g(u(t))表示能源可变型设备能源消耗或者产生量与生产任务的函数关系。3)能源转换型设备在该类设备中，某种能源的产量(主要包括产生蒸汽和电力的发电机和锅炉等)可调节，及产生这些能源的各种煤气的消耗量可以调节。其数学表达式为yj(t)＝h(x1(t)，x2(t)，…xi(t)，…，y1(t)，y2(t)，…，yi(t)，…)其中xi(t)表示能源转换型设备产生能源j需要能源i的消耗量；yi(t)表示能源转换型设备产生能源j同时产生能源i的产生量；yi(t)表示能源转换型设备产生能源j的产生量。4)能源储存/缓冲型设备此类设备本身不参与能源的产耗计算，但可以维持管网内的平衡，改变管网的平衡方式。此类设备在其存储/缓冲能力到达设备安全上限时，为保证设备安全将产生能源放散其数学表达式为h(ti+1)=hmaxh(ti)+k1ΔQ(ti)>hmaxh(ti)+k1(Qin(ti)-Qout(ti))hmin≤h(ti)+k1ΔQ(ti)≤hmaxhminh(ti)+k1ΔQ(ti)<hmin]]>或p(ti+1)=p本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于钢铁企业能源优化调度的分类建模和滚动求解方法，其特征在于如下方法步骤：　　　　１）根据钢铁企业中的能源设备与管网的特性，将所有设备分为以下五种：能源固定型设备、能源可变型设备、能源转换型设备、能源储存／缓冲型设备、非能源储存／缓冲型设备；　　　　２）采用机理建模与数据拟合算法对上述设备分类建立数学模型；　　　　３）基于分类建模方法建立的模型，得到一个带约束的非线性数学规划问题，将其转换为一个大规模线性规划问题；　　　　４）采用一种基于移动窗口的事件驱动滚动优化计算策略；　　　　５）采用原对偶内点法进行快速求解。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳君，吴铁军，吴毅平，冯为民，欧阳树生，杜方，吴以凡，崔承刚，江文德，孙丽丽，
申请(专利权)人：浙江大学，上海宝信软件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]