專利名稱：空氣分離裝置網(wǎng)絡(luò)的液體生產(chǎn)控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制多個空氣分離裝置的液體生產(chǎn)以生產(chǎn)并向多個消費(fèi)者分配液體的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及這樣一種方法，其中通過實(shí)時優(yōu)化技術(shù)使得液體生產(chǎn)優(yōu)化。
背景技術(shù)：
空氣分離裝置網(wǎng)絡(luò)包括多個管線分配系統(tǒng)，所述管線分配系統(tǒng)將多個空氣分離裝置與多個消費(fèi)者相連接。所述空氣分離裝置是已知的低溫蒸餾塔，所述低溫蒸餾塔通常將空氣分離為氧和氮。輔助氬氣柱可被包含在所述裝置中以便于還生產(chǎn)氬氣產(chǎn)品。液體產(chǎn)品例如，液體氧和液體氮是溢價產(chǎn)品，這是因?yàn)樵谝夯瘯r必須耗費(fèi)能量并且所述液體通常通過卡車沿長途運(yùn)輸公路被分配。
確定供給到管線網(wǎng)絡(luò)的氣態(tài)產(chǎn)品的產(chǎn)品分配是一項(xiàng)復(fù)雜的決定，這是因?yàn)檠b置在生產(chǎn)能力、效率、產(chǎn)品組合以及能量消耗方面都是不同的。消費(fèi)者需求水平是以協(xié)定為基礎(chǔ)的。由于從管線的任何區(qū)域到消費(fèi)者那里的流速可與管線中測得的壓力有關(guān)，因此在各個裝置之中的空氣分離生產(chǎn)被控制以確保沿管線區(qū)域保持所需的壓力。
由于氣體需求量幾乎可能瞬間改變，因此第一個目標(biāo)是滿足氣體需求量。第二個目標(biāo)是確保保持充分的液體流量以滿足局部地區(qū)液體需求以及管線儲備所需的任何液體。
當(dāng)適當(dāng)?shù)臍怏w產(chǎn)品分配受限于供給實(shí)際管線的裝置時，必須對于更廣泛的液體分配網(wǎng)絡(luò)考慮有關(guān)于液體生產(chǎn)的適當(dāng)決定。當(dāng)前的液體生產(chǎn)決定是借助于模型工具作出的，以便于確定給定區(qū)域內(nèi)每種裝置的平均液體生產(chǎn)需求。生產(chǎn)目標(biāo)是基于當(dāng)前庫存、裝置可用性、預(yù)期的能量消耗以及區(qū)域的預(yù)期消費(fèi)者需求作出的。每天或每周對該決定進(jìn)行審查并且在必要的時候進(jìn)行修改。
雖然前述方法足以確定滿足了消費(fèi)者需求，但是不能保證營業(yè)利潤最大化。所述決定需要有關(guān)于裝置的管線的性能和約束條件的詳細(xì)知識以及供應(yīng)商和消費(fèi)者協(xié)定兩方面的知識。而且，作出所述決定的人不可能一天二十四小時制定并執(zhí)行所要求的決定。
氣體和液體生產(chǎn)需求驅(qū)使所述決定圍繞能量購買力作出?？諝夥蛛x裝置由大量電力驅(qū)動。在許多情況中，必須每天預(yù)先購買所需電力的全部或部分。一旦已購買了用于下一天的電力之后，必須在所述購買行為的約束條件之內(nèi)執(zhí)行具體裝置的操作。因此適當(dāng)?shù)赜?jì)劃并確定能量購買行為在使得液體分配網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化方面是非常重要的。因此，配給和分配決定是通過關(guān)于裝置能力和效率的有限信息而臨時作出的。雖然作出了合理的決定，但是難以作出從始至終都是最好的決定并且難以兼顧利潤。
在近來公布的美國專利申請(公開號為20020017113)中，提出了用于自動地設(shè)定空氣分離單元的網(wǎng)絡(luò)中至少一個空氣分離單元的目標(biāo)水平的一種方法。所述網(wǎng)絡(luò)由產(chǎn)生代表了網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)目標(biāo)水平和網(wǎng)絡(luò)能量使用水平的生產(chǎn)目標(biāo)水平的控制系統(tǒng)控制。生產(chǎn)目標(biāo)水平是使得能量使用水平的和最小化的指標(biāo)。這種類型控制系統(tǒng)的問題是僅使能量使用水平最小化不能使得能量消耗最小化，因?yàn)檠b置與裝置在網(wǎng)絡(luò)上的能量消耗可能不同。
如稍后將描述的，本發(fā)明提供了在網(wǎng)絡(luò)或多個空氣分離裝置中控制生產(chǎn)以便于生產(chǎn)液體和以使得能量消耗最小化這樣一種方式向多個消費(fèi)者分配液體的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明披露了在多個空氣分離裝置中控制液體生產(chǎn)以便于生產(chǎn)液體和向多個消費(fèi)者分配液體的方法。根據(jù)該方法，在預(yù)測期內(nèi)針對每個消費(fèi)者在預(yù)定時間間隔下獲得液體產(chǎn)品需求和氣體產(chǎn)品需求的需求數(shù)據(jù)。在該時間間隔下可連續(xù)地獲得當(dāng)前大氣溫度、壓力和濕度數(shù)據(jù)。需求數(shù)據(jù)和當(dāng)前大氣溫度、壓力和濕度數(shù)據(jù)(如果獲得了的話)被輸入到實(shí)時計(jì)劃系統(tǒng)中，所述實(shí)時計(jì)劃系統(tǒng)編有模型程序和實(shí)時優(yōu)化程序。模型程序包括可響應(yīng)于大氣溫度、壓力和濕度數(shù)據(jù)的裝置模型程序，從而為每個空氣分離裝置計(jì)算出所需的電力數(shù)據(jù)，以便于產(chǎn)生來自于空氣分離裝置的氣態(tài)和液體產(chǎn)品方案。裝置模型程序包括每個空氣分離裝置的生產(chǎn)約束條件，用于限制氣態(tài)和液體產(chǎn)品的生產(chǎn)。提供電力協(xié)定模型程序，所述電力協(xié)定模型程序響應(yīng)于從裝置模型程序中產(chǎn)生的電力數(shù)據(jù)以計(jì)算出成本數(shù)據(jù)從而為每個空氣分離裝置產(chǎn)生氣態(tài)和液體產(chǎn)品方案。提供了液體分配成本模型程序。這些程序包含可歸入液體產(chǎn)品從每個地點(diǎn)到各個消費(fèi)者或消費(fèi)者群組的公路輸送成本的成本運(yùn)輸數(shù)據(jù)，以便于計(jì)算出向消費(fèi)者群組中的每個消費(fèi)者分配液體產(chǎn)品的輸送成本。為每個地點(diǎn)提供了液體儲存約束條件。
在預(yù)定時間間隔下執(zhí)行模型程序和實(shí)時優(yōu)化程序，以便于為每個空氣分離裝置以及針對預(yù)測期在每個預(yù)定時間間隔下通過優(yōu)化的氣態(tài)和液體產(chǎn)品方案的混合的整體的非線性優(yōu)化從實(shí)時優(yōu)化程序中獲得解決方法，其中在預(yù)測期中所述電力成本和所述液體分配成本的總成本是最小的，同時作為硬性約束條件滿足氣態(tài)產(chǎn)品的需求。通過控制空氣分離裝置執(zhí)行優(yōu)化的氣態(tài)和液體產(chǎn)品方案以便于產(chǎn)生與優(yōu)化的氣態(tài)和液體產(chǎn)品方案一致的氣態(tài)和液體產(chǎn)品。
裝置模型程序可為包含多個空氣分離裝置中每一個的電力使用數(shù)據(jù)以及氣態(tài)和液體產(chǎn)品方案的查閱表。對于每個空氣分離裝置可周期性地記錄電力使用和液體生產(chǎn)，并且該電力使用和液體生產(chǎn)用于查閱表的誤差校正。
可在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上將需求數(shù)據(jù)輸入到實(shí)時計(jì)劃系統(tǒng)中。通過周期性地測量多個消費(fèi)者的液體液位和液體儲備箱并且記錄預(yù)測期內(nèi)輸送給多個消費(fèi)者的液體可確定每個消費(fèi)者的液體需求。其結(jié)果除以預(yù)測期內(nèi)預(yù)定時間間隔的數(shù)量?？赏ㄟ^連續(xù)地測量多個消費(fèi)者的氣體使用之后求具體時間間隔的數(shù)據(jù)的時間平均值來確定氣態(tài)需求。例如，可在上個月的使用的基礎(chǔ)上平均計(jì)算第三個預(yù)測期的每小時的氣體使用。可人工計(jì)算所述平均數(shù)或通過將氣體使用的粗略的以小時為基準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸給實(shí)時計(jì)劃者以便于作出實(shí)際計(jì)算。
優(yōu)化的氣態(tài)和液體產(chǎn)品方案可被電子地傳輸給空氣分離裝置的控制系統(tǒng)。預(yù)定時間間隔可為1小時并且預(yù)測期可為7天。


雖然本說明書清楚地以權(quán)利要求作為結(jié)束，該權(quán)利要求指出了本申請人認(rèn)為是其發(fā)明的主旨，但是應(yīng)該認(rèn)為在聯(lián)系附圖時可更好地理解本發(fā)明，其中唯一的圖1是本發(fā)明所涉及的給予空氣分離裝置的控制的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖，示出了向管線18中供給氣態(tài)產(chǎn)品14和16時的空氣分離裝置10和12。由附圖標(biāo)記20、22和24表示的消費(fèi)者1、2和3分別從輸出線26、28和30中提取氣態(tài)產(chǎn)品，即，氧氣和氮?dú)?。輸出線26、28和30可包含用于待使用的每種產(chǎn)品(即氣態(tài)氧和氣態(tài)氮)的多個線路。
空氣分離裝置10和12是公知的低溫蒸餾裝置，所述低溫蒸餾裝置具有用于將進(jìn)入的濾過空氣壓縮到較高壓力的壓縮機(jī)、用于將進(jìn)入的空氣冷卻到其露點(diǎn)或接近于其露點(diǎn)的熱交換器、以及用于將空氣精煉為用于冷卻進(jìn)入空氣的氮?dú)夂脱鯕猱a(chǎn)品的高壓蒸餾塔和低壓蒸餾塔。傳統(tǒng)來說，通過傳統(tǒng)渦輪膨脹機(jī)加入制冷劑以補(bǔ)償熱漏失和暖端熱損失，所述傳統(tǒng)渦輪膨脹機(jī)可用于通過發(fā)電機(jī)驅(qū)動壓縮機(jī)。高壓蒸餾塔產(chǎn)生上升的汽相，所述汽相在空氣的更易揮發(fā)的成分中更富足，主要為氮?dú)?。所述高壓蒸餾塔的塔頂餾出物通過連接于低壓蒸餾塔的冷凝器重沸器被濃縮以產(chǎn)生下降的汽相，所述汽相在空氣的低揮發(fā)性的成分中更富足，主要為氧氣。在較低壓力下，塔頂餾出物在低壓蒸餾塔中可被進(jìn)一步精煉，從而產(chǎn)生高純度氮產(chǎn)品和塔底殘留物，所述塔底殘留物將構(gòu)成液態(tài)氧產(chǎn)品，所述液態(tài)氧產(chǎn)品可作為液體儲存或者通過與進(jìn)入的空氣氣流進(jìn)行熱交換而汽化并且被輸送到氣體管線?？諝夥蛛x的產(chǎn)品被輸送到熱交換器以冷卻進(jìn)入的空氣。在期望液態(tài)氧或氮的實(shí)際量超過通過渦輪膨脹可產(chǎn)生的液態(tài)氧或氮量的情況下，氮液化器可包含于所述裝置中并且液體產(chǎn)品可就地被儲存在圖中表示為液體儲存器32和34的儲存箱中。氣態(tài)產(chǎn)品通過線路14和16被輸送到氣體管線18。為了從空氣分離裝置10和12中分離液態(tài)氮和液態(tài)氧產(chǎn)品，將使用分離管線以及分離出口管線。
如可理解的，空氣分離裝置10和12的前述描述和一個氣體管線18的解釋僅是出于解釋的目的而示出的。本發(fā)明可設(shè)想例如位于一個位置中的幾個空氣分離裝置和大概幾個氣體管線，或者具有供應(yīng)單個管線消費(fèi)者或僅產(chǎn)生液體產(chǎn)品的一個或多個ASP的位置。
來自于液體儲存器32和34的液體產(chǎn)品在公路上通過油罐卡車被分別運(yùn)輸給消費(fèi)者20、22和24的液體儲存箱36、38和40。通過虛線42、44和46示出了該公路長途運(yùn)輸連鎖。
盡管視為單個的消費(fèi)者和儲存箱，例如，消費(fèi)者20和儲存箱36，但是也可為小地理區(qū)域或工業(yè)區(qū)中的許多消費(fèi)者，每個都具有其自己的儲存箱。
可用流量計(jì)48、50和52計(jì)量消費(fèi)者20、22和24從氣體管線18中抽取的氣態(tài)產(chǎn)品。通過液體液位檢測器54、56和58例行公事地監(jiān)控液體儲存箱36、38和40中的液體液位?？筛鶕?jù)來自于流量計(jì)48、50和52的現(xiàn)行基礎(chǔ)監(jiān)控氣體使用?？赏ㄟ^監(jiān)控儲存箱中的液體液位與沿路線42、44和46通過經(jīng)陸路運(yùn)輸加入到儲存箱的液體量的差監(jiān)控液體使用。例如，如果儲存箱(諸如儲存箱36)在一次運(yùn)輸中被完全充滿液態(tài)氧并且液體液位已下降到箱容量的一半時，可容易地確定液態(tài)氧的消費(fèi)者20的消耗量。在一周期間可進(jìn)行幾次運(yùn)輸。
空氣分離裝置10和12無論如何都必須滿足消費(fèi)者20、22和24的氣體供應(yīng)協(xié)定，因此必須連續(xù)地向管線18中供應(yīng)充足的氣體。如果氣體管線需求超出氣體生產(chǎn)能力的話，使得來自于液體儲存器32和34的液體汽化并將其放入到管線中以便于通過線路補(bǔ)充氣體生產(chǎn)。在滿足氣體需求之后，滿足液體需求。然而，液體是價值增加的產(chǎn)品，因?yàn)槟芰勘仨殢囊夯癄顟B(tài)下膨脹和傳輸并且對于空氣分離裝置10和12的任何空氣分離裝置位置來說僅存在有限量的液體儲存器32和34。
每個空氣分離裝置10和12都主要通過其用于壓縮進(jìn)入空氣的壓縮機(jī)連續(xù)地消耗電力。由于每個空氣分離裝置10和12僅具有制造氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)品的有限能力，因此通過簡單地使用和通過最直接的可行路線輸送液體而使得能量使用最小化而制定氣態(tài)和液體生產(chǎn)看來是簡單問題。使得方案復(fù)雜的原因在于，取決于協(xié)商的供電協(xié)定，每個裝置的電力成本都可能不同。而且，每天各個時候的電力成本也將改變。因此，輸送氣態(tài)和液體產(chǎn)品應(yīng)考慮的變量為與為空氣分離裝置供電相關(guān)的成本；鐘點(diǎn)；季節(jié)，因?yàn)榭諝夥蛛x裝置的效率隨季節(jié)和大氣條件而改變；ASP效率隨產(chǎn)品方案的改變；以及根據(jù)其需求輸送給消費(fèi)者的液體的運(yùn)輸成本。使得情況復(fù)雜的原因甚至還在于，每個空氣分離裝置只具有儲存液體產(chǎn)品的有限容量并且液體產(chǎn)品的消費(fèi)者使用不必為恒定的。如果液體是在價格非常高時在給定ASP下生產(chǎn)出來，但是由于消費(fèi)者需求導(dǎo)致不是立即需要液體，并且可在以后較低成本下生產(chǎn)液體的話，這就表示生產(chǎn)者的財(cái)政損失。
根據(jù)本發(fā)明，氣態(tài)和液體產(chǎn)品的分配受到實(shí)時計(jì)劃系統(tǒng)60的控制。實(shí)時計(jì)劃系統(tǒng)60在預(yù)測期(最好是一周)內(nèi)發(fā)揮作用并且在預(yù)定時間間隔(最好為1小時)下執(zhí)行控制，以在預(yù)測期內(nèi)的每個小時中提供每個空氣分離裝置10和12的氣態(tài)和液體生產(chǎn)的優(yōu)化預(yù)測，以減小預(yù)測期內(nèi)的操作的總成本。在本領(lǐng)域中每個空氣分離裝置10和12的氣態(tài)和液體生產(chǎn)是指由于受到空氣分離裝置10和12的控制系統(tǒng)62和64的控制而以小時為基準(zhǔn)改變的產(chǎn)品方案。根據(jù)每個消費(fèi)者20、22和24的先前的氣體和液體使用來計(jì)算最優(yōu)條件選配。
作為第一個步驟，必須確定出液體的每小時平均使用量?？梢远喾N方式進(jìn)行確定。一種方式是通過用液位檢測器54、56和58測量液位并且將所述液位與上個月的液體輸送相比較，之后用一個月的小時數(shù)除液體使用量以獲得以小時為基準(zhǔn)的液體使用量，以測量每個消費(fèi)者的液體使用量。可通過流量計(jì)48、50和52監(jiān)控氣體產(chǎn)品的以小時為基準(zhǔn)的實(shí)際使用量并且儲存。如上所述的，可對特定消費(fèi)者在過去的時期(例如，一個月)每個時間間隔下的氣體使用量進(jìn)行平均?？稍趯?shí)時計(jì)劃系統(tǒng)60中執(zhí)行計(jì)算并儲存。以上述方式確定的液體需求和氣體產(chǎn)品需求數(shù)據(jù)分別作為消費(fèi)者20、22和24的輸入66、68和70被引入。另外，來自于流量計(jì)48、50和52的以小時為基準(zhǔn)的氣體消耗數(shù)據(jù)可作為數(shù)據(jù)分別通過輸入72、74和76被自動地輸入到實(shí)時計(jì)劃系統(tǒng)60中。如可理解的，液體液位檢測器54、56和58可通過網(wǎng)絡(luò)(LAN)系統(tǒng)直接連接于實(shí)時計(jì)劃系統(tǒng)60。另外，以小時(本示例中所使用的預(yù)定時間間隔)為基準(zhǔn)的大氣溫度、壓力和濕度數(shù)據(jù)可作為用于包含空氣分離裝置10和12的位置的輸入78和80被輸入。
實(shí)時計(jì)劃系統(tǒng)除具有儲存能力外還包含與實(shí)時優(yōu)化程序84相互作用的一系列模型82。然而，存在許多實(shí)時優(yōu)化程序，其中一種可用的是名為“RTO”的程序，所述程序可從英國的Teesside的MDC技術(shù)中獲得。實(shí)時優(yōu)化程序使用被稱為混合的整體非線性編程的優(yōu)化技術(shù)。實(shí)時優(yōu)化程序84與模型82如下文中所述的那樣相互作用。
模型82包括響應(yīng)于大氣溫度、壓力和濕度數(shù)據(jù)的裝置模型程序。這些模型計(jì)算每個空氣分離裝置10和12所需的電力數(shù)據(jù)以產(chǎn)生氣體和液體產(chǎn)品方案。它們還包含用于每個空氣分離裝置10和12的用以限制氣態(tài)和液體產(chǎn)品的生產(chǎn)的硬性約束條件。空氣分離裝置通常是有限尺寸的，并且僅能制造一定量的氣態(tài)氮和氣態(tài)氧以及液態(tài)氮和液態(tài)氧。如前面所述的，進(jìn)一步的約束條件包括每一位置的液體儲存量32和34。裝置模型可十分完善，并且可實(shí)際模造分配托盤或每個塔中的規(guī)整填料中發(fā)生的分配。例如，所述模型可具有模造每個單元操作的詳細(xì)的首要模型。相關(guān)基本模型也是可行的，所述模型使用多項(xiàng)式擬合表示主要壓縮機(jī)性能和產(chǎn)品恢復(fù)速率。在低水平的完善下，模型可包括查閱表，其中電力使用量與涉及生產(chǎn)每種氣態(tài)和液體產(chǎn)品方案的生產(chǎn)相關(guān)。所述查閱表可自身進(jìn)行季節(jié)性地調(diào)節(jié)。可通過匯集用于特定產(chǎn)品方案的電力數(shù)據(jù)并且將其與儲存在產(chǎn)生用以校正差異的誤差因數(shù)的查閱表中的數(shù)據(jù)相比較而調(diào)整該查閱表構(gòu)思，從而更新查閱表。
另外，存在電力協(xié)定模型程序，所述電力協(xié)定模型程序響應(yīng)于電力程序以便于計(jì)算出成本數(shù)據(jù)從而為每個空氣分離裝置10和12產(chǎn)生氣態(tài)和液體產(chǎn)品方案。這是與電力協(xié)定有關(guān)的運(yùn)算法則。
提供了液體分配成本模型程序，所述程序包含成本運(yùn)輸數(shù)據(jù)，最好為液體產(chǎn)品從每個位置到消費(fèi)者(例如為消費(fèi)者或消費(fèi)者20、22和24的消費(fèi)者群組)處的公路運(yùn)輸成本，以便于計(jì)算向每個消費(fèi)者(同樣也適用于消費(fèi)者群組)分配液體產(chǎn)品的運(yùn)輸成本。
如前面所述的，實(shí)時計(jì)劃系統(tǒng)以小時為基準(zhǔn)執(zhí)行操作。根據(jù)第一次的執(zhí)行獲得了對于當(dāng)前氣態(tài)和液體生產(chǎn)的評估。這些評估可為流量計(jì)50和52測得的當(dāng)前氣態(tài)使用量。其他的可行性是使得所述程序設(shè)有可由每個裝置生產(chǎn)出的最小產(chǎn)品或最大產(chǎn)品方案。模型82確定電力使用數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)之后被供給到電力使用模型中以確定成本數(shù)據(jù)。除此之外是液體產(chǎn)品的運(yùn)輸數(shù)據(jù)，并且對于預(yù)測期所涉及的總成本進(jìn)行計(jì)算。
如前面所述的，無論如何都必須滿足氣體生產(chǎn)需求，因此這表示對于實(shí)時優(yōu)化程序84的硬性約束條件。甚至在液體生產(chǎn)虧本時，程序也需進(jìn)行檢查以確定首先滿足了氣體生產(chǎn)需求。從而據(jù)此調(diào)節(jié)裝置10和12的生產(chǎn)方案。之后實(shí)時優(yōu)化程序84將轉(zhuǎn)而調(diào)節(jié)每個變量，例如，從裝置10的以小時為基準(zhǔn)的氣態(tài)氮生產(chǎn)，從而確定生產(chǎn)成本是已增加還是減少。所述程序?qū)⑦B續(xù)地經(jīng)歷反復(fù)直到生產(chǎn)成本處于最小值。當(dāng)每次反復(fù)之間達(dá)到成本的最小化改變的預(yù)定因數(shù)(例如，10美元)時確定最小值。當(dāng)進(jìn)行此項(xiàng)操作時實(shí)時優(yōu)化程序84向每個控制系統(tǒng)62和64傳輸期望的液體和氣體生產(chǎn)方案。
實(shí)時優(yōu)化程序84的另一個優(yōu)點(diǎn)是，它允許在考慮實(shí)時改變和需求(例如，消費(fèi)者停工)的同時進(jìn)行預(yù)測。例如，特別是實(shí)時計(jì)劃系統(tǒng)84和實(shí)時優(yōu)化程序可包括增加的人工調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，例如，當(dāng)已知一特定消費(fèi)者將不在操作中時，將該消費(fèi)者的液體和氣體需求的具體時間設(shè)定為零的能力。
以下是表格形式的計(jì)算示例，示出了各種輸入和對于實(shí)時計(jì)劃系統(tǒng)84可獲得的結(jié)果類型。簡化之處在于，預(yù)測期是三個小時而時間間隔為一小時。而且，考慮了兩個裝置，即，服務(wù)于兩個消費(fèi)者(消費(fèi)者A和消費(fèi)者B)的裝置1和裝置2。為了簡化該示例，假定在三個小時內(nèi)來自于給定裝置的總的液體產(chǎn)品必須被運(yùn)輸，但是不必在生產(chǎn)出的那個小時內(nèi)被運(yùn)輸。更完善的模型應(yīng)包括每個位置的液體流量并且應(yīng)附加約束條件以便于將箱液位保持在使用者的指定限值內(nèi)。假定給出不受限定的貨車運(yùn)輸方法，即，在給定小時內(nèi)可運(yùn)輸多少液體的方面沒有限制。
以下是簡化的查閱表形式的裝置模型的表，其中在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下與總裝置電力有關(guān)的列A和B以每小時每千立方英尺的兆瓦特(“MW”)為單位(“MCFH”)。該表中的氣體生產(chǎn)和液體生產(chǎn)是以“MCFH”為單位的。

以下是假定的分配成本

下表表示對于每個消費(fèi)者A和消費(fèi)者B在氣體和液體需求量上的預(yù)測以及對于裝置1和裝置2預(yù)測的電力成本。氣體需求量以MCFH為單位，而液體需求量以MCF為單位預(yù)測3小時時間范圍內(nèi)的總量消費(fèi)者A液體需求量 300消費(fèi)者B液體需求量 150小時1小時2 小時3消費(fèi)者A氣體需求量 200 200 200消費(fèi)者B氣體需求量 300 300 100裝置1電力成本(美元/MW) 30 30 30裝置2電力成本(美元/MW) 30 25 20其結(jié)果示在以下的名為“情況I結(jié)果”和“情況II結(jié)果”的表中。情況I結(jié)果是實(shí)時優(yōu)化程序的起始點(diǎn)。這些起始點(diǎn)在預(yù)測期內(nèi)是任意的生產(chǎn)率。通過優(yōu)化生產(chǎn)和分配完成所述計(jì)算以產(chǎn)生最高成本。使用當(dāng)前的生產(chǎn)可達(dá)到更適宜的起始點(diǎn)。情況II結(jié)果是三個小時中每個小時的最終優(yōu)化結(jié)果。將在裝置1和2中執(zhí)行這些最終的優(yōu)化結(jié)果。如果在小時1完結(jié)時在預(yù)測數(shù)據(jù)中存在變化，將再次運(yùn)行所述程序。在情況I結(jié)果和情況II結(jié)果兩者中如同在本發(fā)明實(shí)際應(yīng)用中那樣檢查約束條件。在情況II中，示出了優(yōu)化液體和氣體生產(chǎn)的結(jié)果，其中在預(yù)測期內(nèi)成本是最小化的。所生產(chǎn)的氣體和液體分別以MCFH和MCF為單位。輸送給消費(fèi)者的液體以MCF為單位。
情況I結(jié)果所計(jì)算的液體和氣體生產(chǎn)以及液體運(yùn)輸小時1 小時2 小時3裝置1所生產(chǎn)的氣體200 200 0所生產(chǎn)的液體0 50 100輸送給消費(fèi)者A的液體 0 0 0輸送給消費(fèi)者B的液體 150 0 0
裝置2所生產(chǎn)的氣體 300300 300所生產(chǎn)的液體 100100 100輸送給消費(fèi)者A的液體 0 0 300輸送給消費(fèi)者B的液體 0 0 0約束條件檢查裝置1最大氣體極限 300300 300所生產(chǎn)的氣體 200200 0最大液體極限 100100 100所生產(chǎn)的液體 0 50 100最大氣體+液體極限300300 300所生產(chǎn)的氣體+液體200250 100所生產(chǎn)的總液體 150所運(yùn)輸?shù)目傄后w 150裝置2最大氣體極限 400400 400所生產(chǎn)的氣體 300300 300最大液體極限 100100 100所生產(chǎn)的液體 100100 100約束條件檢查(連續(xù))最大氣體+液體極限400400 400所生產(chǎn)的氣體+液體400400 400所生產(chǎn)的總液體 300所運(yùn)輸?shù)目傄后w 300
輸送和生產(chǎn)數(shù)據(jù)消費(fèi)者A液體需求的總量300輸送的總量300消費(fèi)者B液體需求的總量150輸送的總量150總氣體需求需求的總量500 500 300輸送的總量300 500 300成本計(jì)算裝置1電力消耗(MW) 2.0 3.0 2.0裝置2電力消耗(MW) 8.0 8.0 8.0裝置1電力成本(美元) 60.090.060.0裝置2電力成本(美元) 240.0 200.0 160.0裝置1分配成本(美元) 300.0 0.0 0.0裝置2分配成本(美元) 0.0 0.0 600.0每小時的總成本(美元) 600.0 290.0 820.0總成本(美元) 1710.0情況II結(jié)果所計(jì)算的液體和氣體生產(chǎn)以及液體運(yùn)輸小時1 小時2 小時3裝置1所生產(chǎn)的氣體 200 200 200所生產(chǎn)的液體 100 100 100輸送給消費(fèi)者A的液體 300 0 0輸送給消費(fèi)者B的液體 0 0 0
裝置2所生產(chǎn)的氣體 300300 300所生產(chǎn)的液體 0 50 100輸送給消費(fèi)者A的液體 0 00輸送給消費(fèi)者B的液體 0 150 0約束條件檢查裝置1最大氣體極限 300300 300所生產(chǎn)的氣體 200200 200最大液體極限 100100 100所生產(chǎn)的液體 100100 100最大氣體+液體極限300300 300所生產(chǎn)的氣體+液體300300 300所生產(chǎn)的總液體 300所運(yùn)輸?shù)目傄后w 300約束條件檢查(連續(xù))裝置2最大氣體極限 400400 400所生產(chǎn)的氣體 300300 100最大液體極限 100100 100所生產(chǎn)的液體 0 50 100最大氣體+液體極限400400 400所生產(chǎn)的氣體+液體300350 200所生產(chǎn)的總液體 150所運(yùn)輸?shù)目傄后w 150
輸送和生產(chǎn)數(shù)據(jù)消費(fèi)者A液體需求的總量 300輸送的總量 300消費(fèi)者B液體需求的總量 150輸送的總量 150總氣體需求需求的總量 500 500 300輸送的總量 300 500 300成本計(jì)算裝置1電力消耗(MW) 4.0 4.0 4.0裝置2電力消耗(MW) 6.0 7.0 4.0裝置1電力成本(美元)120.0120.0 120.0裝置2電力成本(美元)180.0175.0 80.0裝置1分配成本(美元)300.00.0 0.0裝置2分配成本(美元)0.0 150.0 0.0每小時的總成本(美元) 600.0445.0 200.0總成本(美元) 1245.0如果將情況I數(shù)據(jù)與情況II數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較的話，可容易地明白優(yōu)化的情況II處于較低總成本。
雖然已參照具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是如本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可明白的，在不脫離本發(fā)明精神和保護(hù)范圍的情況下可作出各種變型、添加和刪減。
權(quán)利要求
1.一種在多個空氣分離裝置中控制液體生產(chǎn)以便于生產(chǎn)液體和向多個消費(fèi)者分配液體的方法，所述方法包括在預(yù)測期內(nèi)針對每個消費(fèi)者在預(yù)定時間間隔下獲得液體產(chǎn)品需求和氣體產(chǎn)品需求的需求數(shù)據(jù)；將所述需求數(shù)據(jù)和當(dāng)前大氣溫度、壓力和濕度數(shù)據(jù)輸入到實(shí)時計(jì)劃系統(tǒng)中，所述實(shí)時計(jì)劃系統(tǒng)編有模型程序和實(shí)時優(yōu)化程序；所述模型程序包括裝置模型程序，用于為每個所述空氣分離裝置計(jì)算出所需的電力數(shù)據(jù)以便于產(chǎn)生來自于空氣分離裝置的氣態(tài)和液體產(chǎn)品方案，并且還包括每個所述空氣分離裝置的生產(chǎn)約束條件，所述空氣分離裝置限制氣態(tài)和液體產(chǎn)品的生產(chǎn)；電力協(xié)定模型程序，所述電力協(xié)定模型程序響應(yīng)于電力數(shù)據(jù)以計(jì)算出成本數(shù)據(jù)從而為每個空氣分離裝置產(chǎn)生氣態(tài)和液體產(chǎn)品方案；以及液體分配成本模型程序，所述程序包含可歸入液體產(chǎn)品從每個所述地點(diǎn)到各個消費(fèi)者或消費(fèi)者群組的公路輸送成本的成本運(yùn)輸數(shù)據(jù)，以便于計(jì)算出向所述消費(fèi)者群組中的每個所述消費(fèi)者分配液體產(chǎn)品的輸送成本；以及為每個所述地點(diǎn)提供了液體儲存約束條件；在所述預(yù)定時間間隔下執(zhí)行所述模型程序和所述實(shí)時優(yōu)化程序以便于為每個空氣分離裝置以及針對預(yù)測期在每個預(yù)定時間間隔下通過優(yōu)化的氣態(tài)和液體產(chǎn)品方案的混合的整體、非線性優(yōu)化從實(shí)時優(yōu)化程序中獲得解決方法，其中在預(yù)測期中所述電力成本和所述液體分配成本的總成本是最小的，同時作為硬性約束條件滿足氣態(tài)產(chǎn)品的需求；以及通過控制空氣分離裝置執(zhí)行優(yōu)化的氣態(tài)和液體產(chǎn)品方案以便于產(chǎn)生與優(yōu)化的氣態(tài)和液體產(chǎn)品方案一致的氣態(tài)和液體產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述時間間隔內(nèi)為每個所述空氣分離裝置連續(xù)地獲得當(dāng)前大氣溫度、壓力和濕度數(shù)據(jù)；并且所述裝置模型程序響應(yīng)于所述大氣溫度、壓力和濕度數(shù)據(jù)以計(jì)算出所述電力數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述裝置模型程序?yàn)榘龆鄠€空氣分離裝置中每一個的電力使用數(shù)據(jù)以及氣態(tài)和液體產(chǎn)品方案的查閱表。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對于每個所述空氣分離裝置周期性地記錄電力使用和液體生產(chǎn)，并且該電力使用和液體生產(chǎn)用于產(chǎn)生誤差校正。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過周期性地測量所述多個消費(fèi)者的液體儲備箱中的液體液位，記錄預(yù)測期內(nèi)輸送給所述多個消費(fèi)者的液體以及其結(jié)果除以預(yù)測期內(nèi)預(yù)定時間間隔的數(shù)量而確定每個所述消費(fèi)者的液體需求，并且可通過連續(xù)地測量所述多個消費(fèi)者的氣體使用并且通過網(wǎng)絡(luò)將該氣體使用傳輸給實(shí)時計(jì)劃者而確定氣體需求。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述優(yōu)化的氣態(tài)和液體產(chǎn)品方案被電子地傳輸給所述空氣分離裝置的控制系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定時間間隔為1小時并且所述預(yù)測期為7天。
全文摘要
一種在多個空氣分離裝置(10、12)中控制液體和氣體生產(chǎn)以便于生產(chǎn)液體和氣體并向多個消費(fèi)者(20、22、24)分配液體的方法，其中實(shí)時優(yōu)化程序(84)使得包含在生產(chǎn)氣體和液體產(chǎn)品中的電力成本以及液體產(chǎn)品的公路運(yùn)輸成本優(yōu)化為最小值。
文檔編號G05B13/04GK1768336SQ200480008677
公開日2006年5月3日 申請日期2004年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月28日
發(fā)明者L·梅甘, D·F·倫諾克斯, P·F·沙夫, D·阿德貝昆 申請人:普萊克斯技術(shù)有限公司