一種確定鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋼鐵企業(yè)能源調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種確定鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣系 統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)又是資源、能源密集型產(chǎn)業(yè)。能源消 耗是決定鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)成本和利潤的重要因素，也是影響環(huán)境負(fù)荷的主要原因。一方面，鋼 鐵企業(yè)生產(chǎn)流程長，工序、設(shè)備繁多，各工序間相互銜接，且每種工序、設(shè)備都與多種能源介 質(zhì)關(guān)聯(lián)；另一方面，鋼鐵企業(yè)需要用到的能源種類超過20種，這些能源介質(zhì)不僅各自存在 產(chǎn)耗、儲(chǔ)存、緩沖和輸配等多種形態(tài)，而且相互之間有著復(fù)雜的轉(zhuǎn)換、替代等關(guān)聯(lián)關(guān)系，這都 使得整個(gè)鋼鐵企業(yè)能源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)緊密耦合、錯(cuò)綜復(fù)雜。因此，對鋼鐵企業(yè)能源系統(tǒng)的研 宄具有理論和現(xiàn)實(shí)兩方面的重要意義。
[0003] 副產(chǎn)煤氣是鋼鐵企業(yè)最重要的能源介質(zhì)之一。對鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣系統(tǒng)實(shí)施優(yōu)化 調(diào)度，是要在滿足能源產(chǎn)耗需求和安全生產(chǎn)的大前提下，優(yōu)化能源消耗結(jié)構(gòu)，充分利用二次 能源，減少副產(chǎn)煤氣放散，提高能源綜合利用效率，最終實(shí)現(xiàn)能源成本的最小化目標(biāo)。
[0004] 然而，對于鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度問題而言，其中存在著大量的線性和 非線性、等式和不等式約束條件，如各種煤氣產(chǎn)耗、儲(chǔ)存、緩沖、輸配和轉(zhuǎn)換等單元設(shè)備需滿 足工藝約束，每種煤氣介質(zhì)自身還需滿足動(dòng)態(tài)平衡約束等。對這種復(fù)雜的強(qiáng)約束問題，如果 沒有一個(gè)好的約束處理機(jī)制作為支撐，在求解計(jì)算過程中，出現(xiàn)違反約束的不可行解的概 率是非常大的，可以說，此時(shí)獲得一個(gè)可行解的難度將不亞于搜索到全局最優(yōu)解的難度?？?行解難以獲取的窘境不僅會(huì)降低副產(chǎn)煤氣系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度問題求解計(jì)算的速度和效率，將大 量的計(jì)算時(shí)間和資源消耗在可行解的搜索任務(wù)上，還可能導(dǎo)致求解過程不收斂，無法輸出 可行/最優(yōu)的調(diào)度方案，嚴(yán)重影響煤氣調(diào)度與生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種確定鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解 的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)確定鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解過程復(fù)雜的問題。
[0006] 本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種確定鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解的 方法，所述方法包括以下步驟：步驟1，用煤氣介質(zhì)管網(wǎng)信息集、煤氣公輔設(shè)備信息集和熱 力設(shè)備信息集描述鋼鐵企業(yè)的煤氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0007] 所述煤氣介質(zhì)管網(wǎng)信息集中包括不同品種的煤氣介質(zhì)、不同壓力等級的同一品種 煤氣介質(zhì)和按混合前煤氣介質(zhì)的不同區(qū)分的一種或多種混合煤氣介質(zhì)；
[0008] 步驟2,根據(jù)煤氣公輔設(shè)備和熱力設(shè)備的能耗情況確立其輸入/輸出變量集，結(jié)合 工藝模型和約束條件，建立與所述煤氣公輔設(shè)備和所述熱力設(shè)備對應(yīng)的單元數(shù)學(xué)模型；
[0009] 步驟3,判斷所述煤氣介質(zhì)管網(wǎng)信息集中存在所述混合煤氣介質(zhì)時(shí)，根據(jù)煤氣供需 預(yù)測結(jié)果，確定煤氣混合站設(shè)備子集中各個(gè)煤氣混合站設(shè)備的入口煤氣流量變量；
[0010] 步驟4,判斷所述煤氣介質(zhì)管網(wǎng)信息集中區(qū)分轉(zhuǎn)爐煤氣和加壓轉(zhuǎn)爐煤氣時(shí)，初始化 所述轉(zhuǎn)爐煤氣的相關(guān)變量，包括：轉(zhuǎn)爐煤氣的發(fā)生量和轉(zhuǎn)爐煤氣柜的吞吐變量；初始化加 壓轉(zhuǎn)爐煤氣的相關(guān)變量，包括：加壓轉(zhuǎn)爐煤氣的需求量、加壓轉(zhuǎn)爐煤氣的發(fā)生量、轉(zhuǎn)爐煤氣 加壓站子集中各個(gè)設(shè)備的加壓前煤氣流量和加壓后煤氣流量、煤氣混合站的加壓轉(zhuǎn)爐煤氣 消耗量及加壓轉(zhuǎn)爐煤氣的富余量、熱力設(shè)備集中的全燒煤氣鍋爐子集和燃煤摻燒煤氣鍋爐 子集中各個(gè)設(shè)備的加壓轉(zhuǎn)爐煤氣消耗量；
[0011] 步驟5,判斷當(dāng)前煤氣介質(zhì)為高爐煤氣或焦?fàn)t煤氣，以及不區(qū)分是否加壓的轉(zhuǎn)爐煤 氣時(shí)，初始化所述當(dāng)前煤氣介質(zhì)的相關(guān)變量，包括：所述當(dāng)前煤氣介質(zhì)的發(fā)生量和需求量、 所述當(dāng)前煤氣介質(zhì)管網(wǎng)上煤氣柜的吞吐變量；進(jìn)一步判斷所述煤氣介質(zhì)管網(wǎng)信息集中存在 所述當(dāng)前煤氣介質(zhì)的加壓煤氣介質(zhì)時(shí)，將生成所述當(dāng)前煤氣介質(zhì)的加壓煤氣的加壓站設(shè)備 按照出口壓力等級的不同歸類后隨機(jī)分配加壓前煤氣流量和加壓后煤氣流量；否則，計(jì)算 所述當(dāng)前煤氣介質(zhì)的富余量并將所述富余量分配給所述熱力設(shè)備集中的全燒煤氣鍋爐子 集和燃煤摻燒煤氣鍋爐子集中各個(gè)設(shè)備的所述當(dāng)前煤氣介質(zhì)消耗量；判斷已經(jīng)遍歷所有的 副產(chǎn)煤氣介質(zhì)時(shí)，執(zhí)行步驟6 ;
[0012] 步驟6,輸出鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解，結(jié)束。
[0013] 本發(fā)明提供的一種確定鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解的方法的第一優(yōu) 選實(shí)施例中：所述步驟1中建立的所述煤氣介質(zhì)管網(wǎng)信息集〇、所述煤氣公輔設(shè)備信息集 ?和所述熱力設(shè)備信息集D為：
[0014] O= {BFG,COG,LDG,MpBFG,LpCOG,MpCOG,HpCOG,pLDG,MGAS,L}；
[0015] 0 = {HLD,PRE,MIX,EMI,L}；
[0016] Q={GBO,CBO,L}；
[0017] 其中，BFG、COG、LDG分別為高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣介質(zhì)，MpBFG為中壓高 爐煤氣，LpC0G、MpC0G、HpC0G分別為低壓、中壓和高壓焦?fàn)t煤氣介質(zhì)，pLDG為加壓轉(zhuǎn)爐煤氣 介質(zhì)，MGAS為混合煤氣介質(zhì)；HLD、PRE、MIX、EMI、GBO、CB0分別為煤氣柜、煤氣加壓站、煤氣 混合站、煤氣放散塔、全燒煤氣鍋爐和燃煤摻燒煤氣鍋爐設(shè)備子集。
[0018] 本發(fā)明提供的一種確定鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解的方法的第二優(yōu) 選實(shí)施例中：所述步驟2中建立的所述單元數(shù)學(xué)模型中的信息包括：所述煤氣公輔設(shè)備的 煤氣消耗量<1「和產(chǎn)生量，所述熱力設(shè)備的煤氣消耗量<=，其中：i為煤氣介質(zhì)管網(wǎng) 的序號，j、m分別為煤氣公輔設(shè)備和熱力設(shè)備的序號，t為調(diào)度周期序號。
[0019] 本發(fā)明提供的一種確定鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解的方法的第三優(yōu) 選實(shí)施例中：所述步驟3中判斷所述煤氣介質(zhì)管網(wǎng)信息集〇中不存在混合煤氣介質(zhì)MGAS 時(shí)，執(zhí)行步驟4 ;
[0020] 所述步驟3包括：
[0021] 步驟301，根據(jù)煤氣供需預(yù)測結(jié)果，得到所述混合煤氣MGAS在第t個(gè)調(diào)度周期內(nèi)的 需求量;
[0022] 步驟302,所述煤氣混合站設(shè)備子集MIX中包含的設(shè)備數(shù)量為Nmix，對于前（Nmix_1) 個(gè)設(shè)備的出口煤氣流量滿足：
[0023]
[0024] 對于最后一個(gè)設(shè)備的出口煤氣流量〇滿足：
[0025]
[0026] 其中，rand(0, 1)為取值區(qū)間[0, 1]內(nèi)的隨機(jī)數(shù)，Min(，）表示返回兩個(gè)實(shí)數(shù)中較小 的一個(gè)，Max(，）表示返回兩個(gè)實(shí)數(shù)中較大的一個(gè)了、分別為所述煤氣混合站混合 能力的上、下限；
[0027] 步驟303,初始化已確定出口煤氣流量的所述煤氣混合站的入口煤氣流量 考慮由兩種入口煤氣介質(zhì)混合的情況，對于第1種入口煤氣，其流量C滿足：
[0028]
[0029] 而對于第2種入口煤氣，其流量滿足：
[0030]
[0031] 其中，噸一^_分別為第1種入口煤氣介質(zhì)流量的上、下限。
[0032] 本發(fā)明提供的一種確定鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解的方法的第四優(yōu) 選實(shí)施例中：所述步驟4中判斷所述煤氣介質(zhì)管網(wǎng)信息集中不區(qū)分所述轉(zhuǎn)爐煤氣和所述加 壓轉(zhuǎn)爐煤氣時(shí)，執(zhí)行所述步驟5 ;
[0033]所述步驟4中，步驟401，初始化所述轉(zhuǎn)爐煤氣LDG的相關(guān)變量，包括：
[0034] 步驟40101，根據(jù)煤氣供需預(yù)測結(jié)果，得到所述轉(zhuǎn)爐煤氣LDG在第t個(gè)調(diào)度周期內(nèi) 的發(fā)生量
[0035] 步驟40102,隨機(jī)生成轉(zhuǎn)爐煤氣柜的吞吐變量.:
[0036]
[0037] 其中，rand(-l，1)為取值區(qū)間[-1，1]內(nèi)的隨機(jī)數(shù)；
[0038] 步驟40103,判斷所述生成的轉(zhuǎn)爐煤氣柜的吞吐變量C是否滿足：
[0039]
[0040] 是，執(zhí)行步驟402,否，執(zhí)行所述步驟40102 ;
[0041 ] 步驟402,初始化所述加壓轉(zhuǎn)爐煤氣pLDG的相關(guān)變量，包括：
[0042] 步驟40201，根據(jù)煤氣供需預(yù)測結(jié)果，得到所述加壓轉(zhuǎn)爐煤氣在調(diào)度周期t內(nèi)的需 求量
[0043] 步驟40202,計(jì)算第t個(gè)調(diào)度周期內(nèi)所述加壓轉(zhuǎn)爐煤氣pLDG發(fā)生量為：
[0044]
[0045] 步驟40203,將得到的所述加壓轉(zhuǎn)爐煤氣發(fā)生量分配給轉(zhuǎn)爐煤氣加壓站子集 中所有設(shè)備的加壓前煤氣流量為：
[0046]
[0047] 步驟40204,計(jì)算所述轉(zhuǎn)爐煤氣加壓站子集中所有設(shè)備的加壓后煤氣流量為：
[0048]
Zsume ，計(jì)算所 i-pLDLr,j^.\MIX \ 述加壓轉(zhuǎn)爐煤氣的富余量5^^為：
[0050]
[0051] 本發(fā)明提供的一種確定鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度可行解的方法的第五優(yōu) 選實(shí)施例中：所述步驟5包括：
[0052] 步驟501，根據(jù)煤氣供需預(yù)測結(jié)果，得到所述當(dāng)前煤氣介質(zhì)GASi在調(diào)度周期t內(nèi)的 發(fā)生量GfW和需求量Df# ;
[0053]步驟502,初始化所述當(dāng)前煤氣介質(zhì)管網(wǎng)上煤