一种基于统计分类的冶金煤气系统实时平衡调整方法技术方案

一种基于统计分类的冶金煤气系统实时平衡调整方法,其特征是先应用高斯过程分类器将调整单元数据对应的时刻分离为调整时刻和非调整时刻，将调整时刻对应的发生单元数据、消耗单元数据以及被调整单元作为模糊规则库的样本，建立调整样本库；然后使用模糊C均值聚类算法将样本库中的各个样本转换成If-Then的模糊规则，建立完备的模糊规则库；当监测到煤气系统某一时刻即将运行不平衡，将该时刻的煤气发生单元数据和消耗单元数据使用模糊C均值聚类算法转换成If-Then的模糊规则，与所建立的模糊规则库进行比对，确定出该时刻的可调整单元；然后采用差分计算法获得煤气系统的调整总量；最后根据煤气系统调整单元的优先级和各调整单元的最大负荷能力，将调整总量分配给不同的调整单元，实现冶金煤气系统的实时平衡调整。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信息
，涉及到高斯过程、模糊规则库和差分计算，是。本专利技术利用冶金企业现场已有的大量数据，首先应用高斯过程分类器将调整单元数据对应的时刻分离为调整时刻和非调整时刻，将调整时刻对应的发生单元数据、消耗单元数据以及被调整单元作为模糊规则库的样本，建立调整样本库；然后使用模糊C均值聚类算法将调整样本库中的各个样本转换成If-Then的模糊规则，建立完备的模糊规则库；当监测到煤气系统某一时刻即将运行不平衡，将该时刻的煤气发生单元数据和消耗单元数据使用模糊C均值聚类算法转换成If-Then的模糊规贝U，与所建立的模糊规则库进行比对，确定出该时刻的可调整单元；然后采用差分计算法获得煤气系统的调整总量；最后根据煤气系统调整单元的优先级和各调整单元的最大负荷能力，将调整总量分配给不同的调整单元，实现冶金煤气系统的实时平衡调整。
技术介绍
能源是冶金企业生产过程中除人力资源以外的最重要资源，能源系统的运行情况是否稳定、经济、可靠将直接影响到产品的质量和企业的经济效益。因此，如何高效利用生产过程产生的副产煤气使企业低消耗，低放散，低成本，低污染运行成为冶金企业追求的目标(Jun Zhao, Quanli Liu, Wei Wang, Witold Pedrycz, and Liqun Cong, HybridNeural Prediction and Optimized Adjustment for Coke Oven Gas System in SteelIndustry. IEEE trans. on neural networks and learning systems. , vol.23, no. 3,pp. 439-450, Mar. 2012)。冶金企业生产过程会产生大量的副产煤气，而此类副产品也是炼焦、加热炉、电厂、热处理等环节可利用的重要二次能源，其有效合理的利用将直接影响到冶金企业的能耗标准和产出成本。副产煤气包括焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气三种。由于钢铁生产的非规律性，煤气系统经常会发生产消不平衡的情况，生产与消耗的余量过多或过少极易造成柜位超出上限或下限，影响系统安全，因此必须对煤气进行有效地调整。一般情况下，当煤气柜的柜位发生异常时，根据煤气系统产消单元的变化趋势，增加或者减少管网中可调单元的煤气用量可以平衡煤气柜位，最重要的是在保证正常生产和煤气柜安全运行的前提下最大化煤气的利用率，减少副产煤气的放散量，降低生产成本。目前在实际生产过程中，调度人员往往依靠人工经验来实现对整个煤气系统的平衡调整。参照现场的实际情况，调度人员一般根据当前时刻柜位的实际运行情况和系统中各单元的产消量变化来估计是否需要调整，并粗略的计算出调整总量，然后根据人工经验将调整总量分配给不同的调整单元，如果调整后煤气系统的运行状态达到预期的要求则停止调整，否则将不断调整，直到满足要求为止。该方法的不足之处在于调度人员需要完成巨大的工作量，虽然可以给出调整总量，但是不能直接准确的给出具体的调整方案，这种依靠人工经验的调整方式需要不断地调整，这会造成调整手段响应的滞后，无法及时有效的完成煤气系统的平衡调整，还可能导致企业的非正常生产，影响企业的生产效益。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是冶金煤气系统实时平衡调整问题。为解决上述问题，首先应用高斯过程分类器将调整时刻对应的调整单元数据和非调整时刻对应的调整单元数据进行分离，将调整时刻对应的发生单元数据、消耗单元数据以及被调整单元作为模糊规则库的样本，建立调整样本库，基于该调整样本库建立模糊规则库，用于确定调整单元；然后通过差分计算法获得煤气调整总量；最后根据现场的煤气系统调整单元的优先级和各调整单元的最大负荷能力，将调整总量分配给不同调整单元。利用该专利技术可以在较短时间内给出较好的调整方案供调度人员参考，实现冶金煤气系统的平衡调整。本专利技术技术方案的整体实现流程如附图I所示，具体步骤如下I、现场数据的读取从冶金煤气系统现场实时数据库中读取所需的煤气系统调整单元数据、被调整单元、发生单元数据、消耗单元数据、煤气柜位数据； 2、高斯过程二分类模型采用高斯过程分类器将第I步中获得的调整单元数据对应的时刻分离为调整时刻与非调整时刻，并记录调整时刻对应的调整单元数据；3、建立模糊规则库将第2步中得到的调整时刻对应的发生单元数据和消耗单元的数据作为模糊规则库的输入样本，将调整时刻对应的被调整单元作为模糊规则库的输出样本，建立调整样本库，利用模糊C均值聚类算法将调整样本库中各样本转换成If-Then的模糊规则，建立较为完备的模糊规则库；4、实时在线确定调整单元监测煤气系统运行不平衡的时刻，将该时刻对应的发生单元数据和消耗单元数据，使用模糊C均值聚类算法转换成If-Then的模糊规则，与第3步所建立的模糊规则库进行比对，找出与模糊规则库中最相近的模糊规则，其输出就是当前时刻的可调整单元； 5、调整总量的计算采用差分计算法获得需要调整的煤气总量；6、分配各调整单元的调整量依据第4步中得到的调整单元，根据现场调整单元的优先级和各调整单元的最大负荷能力，将第5步得到的调整总量分配给不同调整单元。本专利技术的效果和益处是考虑现场调度人员凭借人工经验确定调整单元的盲目性，本专利技术采用基于高斯过程分类器和模糊规则库相结合的方法实时在线确定调整单元，可以有效的避免系统对人工经验的依赖性，且有效地提高了确定调整单元的速度，解决调整滞后的问题，实现煤气的合理利用与分配，从而实现工业生产的自动化和智能化运行；本专利技术充分利用冶金企业现场已有的现场数据，实时精准的确定调整单元，并在采用差分计算法获得调整总量后，根据调整单元的优先级和各调整单元的最大负荷能力，将调整总量分配给不同调整单元，满足现场实时性和稳定性要求，从而为煤气系统的调度人员提供完整可行的调整方案。附图说明图I为技术方案的整体实现流程图。图2为冶金企业煤气系统管网结构图。图3为煤气系统的调整总量计算原理图。具体实施例方式为了更好地理解本专利技术的技术方案，以下结合附图2对本专利技术的实施方式作详细描述，附图2为某冶金企业煤气系统的管网结构图，高炉、焦炉和转炉是煤气系统的发生单元，其产生的高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气经过加压站加压后，供给石灰窑、烧结厂、连铸、冷轧、热轧、钢管厂、初轧等消耗单元使用，富余的煤气会供给低压锅炉和电厂锅炉产生蒸汽和电力，低压锅炉和电厂锅炉是煤气系统的可调整单元，在煤气系统中是可以保证系统平衡的重要调整手段，此外煤气系统的管网和与煤气管网相连的煤气柜是煤气系统的存储设备。通常情况下，煤气系统会保持在一个产消平衡的状态运行，有时由于工业生产的变更或者工业故障等原因会导致煤气系统的不平衡，供过于求时，煤气柜的柜位可能超过其运行上限，这种情况下要开启放散塔放散多余的煤气，供不应求时，可能会导致工业生产的停滞。所以在监测到异常情况将要发生时，需要及时对煤气系统进行调整，以使煤气系统达到新的平衡。目前现场煤气系统的调度人员通过实时监测煤气系统的运行状态，来判断煤气系统在未来时刻是否需要调整，在需要调整的情况下，粗略计算出调整总量，然后根据人工经验确定调整单元，但是这样不仅工作量很大，且依赖于调度人员的经验，容易导致调整的滞后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于统计分类的冶金煤气系统实时平衡调整方法，其特征包括如下步骤：(1)从冶金煤气系统现场实时数据库读取所需的调整单元数据、被调整单元类别、发生单元数据、消耗单元数据、煤气柜位数据；(2)建立高斯过程二分类模型μ*=k*TK-1m,σ*2=K(x*,x*)-k*T(K-1-K-1AK-1)k*---(5)根据公式(4)和期望计算公式，给定检测样本x*，则输出样本y*属于类别1的概率的近似值表示为：q(y*=1|D,θ,x*)=∫Φ(f*)N(f*|μ*,σ*2)df*=Φ(μ*1+σ*2)---(6)采用极大似然函数估计法求取超参数θ，即通过求解超参数的似然函数的最大值，进而寻得最优的超参数，见公式(7)p(D|θ)＝∫p(y|f)p(f|X，θ)df？？？？(7)对于二分类的检测样本x*，设定当x*属于正类的概率q(y*＝1|D，θ，x*)＞0.5时，则将其划分为正类，即该时刻为调整时刻；否则，将其划分为负类，即该时刻为非调整时刻；(3)建立模糊规则库①将步骤(2)分类得到的调整时刻对应的发生单元数据和消耗单元数据作为模糊规则库的输入样本，对应输出样本为调整时刻对应的被调整单元类别；②将输入样本空间和输出样本空间划分为模糊域，即通过对输入样本、输出样本分析，得出煤气系统发生单元数据和消耗单元数据的最佳聚类个数，使其能够完整反映输入样本的特征；③使用模糊C均值聚类算法对输入样本进行段聚类，并记录每段数据所属的类别，产生初始的基于If？Then模糊规则的模糊规则库；④记录每段数据所属每一类别的隶属度；⑤精简模糊规则库，剔除相同输入样本，相同输出样本的模糊规则，将相同输入样本，不同输出样本的模糊规则合并为一条模糊规则，说明当前时刻有多个调整单元对煤气系统平衡调整；(4)实时在线确定调整单元监测煤气系统运行不平衡的时刻，将该时刻对应的发生单元数据和消耗单元数据，使用模糊C均值聚类算法化为If？Then模糊规则，与步骤(3)所建立的模糊规则库进行比对，找出与模糊规则库中最相近的模糊规则，其输出样本就是当前时刻的可调整单元；(5)调整总量的计算，采用差分计算法获得需要调整的煤气总量，具体流程如下：在煤气柜位超限的时间段内选择三个柜位超限点t1，t2，t3；假设在初始时刻t＝0的煤气柜位值为ghi，那么在t1时刻煤气柜位值描述为：gh1=ghi+Σt=1t1dflow1(t)---(8)同理，求得gh2和gh3；如果将煤气柜位调整到正常水平时的目标值gho，定义调整后的煤气系统在t时刻发生单元数据和消耗单元数据的流量差值为dflowo(t)，那么gho表示为：gho=ghi+Σt=1t1dflowo(t)---(9)将式(8)和(9)相减得式(10)，进一步，式(10)简写成式(11)；gh1-gho=Σt=0t1[dflow1(t)-dflowo(t)]---(10)Δgh1＝t1·Δdflow1？？？？(11)以此求得将三个柜位超限点调到目标值时，流量差值的变化量：Δdflow1＝Δgh1/t1，Δdflow2＝Δgh2/t2，Δdflow3＝Δgh3/t3；进一步根据式(12)获得调整总量：Δdflow＝maX{Δdflow1，Δdflow2，Δdflow3}？？？？(12)(6)分配各调整单元的调整量依据步骤(4)中得到的调整单元，根据现场调整单元的优先级和各调整单元的最大负荷能力，将步骤(5)得到的调整总量分配给不同调整单元。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵珺，张婷婷，盛春阳，王伟，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：