一種鋼鐵企業(yè)煤氣優(yōu)化調(diào)度裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋼鐵企業(yè)煤氣優(yōu)化調(diào)度裝置，該調(diào)度裝置與能源管理系統(tǒng)連接，所述的調(diào)度裝置包括依次連接的煤氣管理器、優(yōu)化器和顯示設(shè)備；煤氣管理器利用企業(yè)的能源管理系統(tǒng)獲得各工序煤氣消耗量與生成量歷史數(shù)據(jù)和煤氣柜存量數(shù)據(jù)，對(duì)煤氣當(dāng)前時(shí)刻和未來時(shí)刻的生產(chǎn)量與消耗量進(jìn)行預(yù)測；優(yōu)化器基于上述預(yù)測數(shù)據(jù)，采用改進(jìn)的分布估計(jì)算法對(duì)煤氣分配進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化的原則是使煤氣的放散量最低和購買量最少；顯示設(shè)備顯示優(yōu)化器獲得的煤氣分配方案，供用戶參考，進(jìn)行合理地煤氣分配。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有降低煤氣的放散量，減少煤氣購買量等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種鋼鐵企業(yè)煤氣優(yōu)化調(diào)度裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤氣調(diào)度裝置，尤其是涉及一種鋼鐵企業(yè)煤氣優(yōu)化調(diào)度裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼鐵是高能耗、高污染、高排放的行業(yè)。能源成本約占其制造成本的30%，充分利用煤氣，降低放散率是節(jié)能減排的重要途徑。鋼鐵企業(yè)涉及到很多工序，每個(gè)工序的煤氣需求種類和需求量各不相同，一個(gè)工序在不同時(shí)刻的煤氣需求量也是處于動(dòng)態(tài)變化中的。由于煤氣與工序之間的復(fù)雜關(guān)系，亟需一種裝置協(xié)調(diào)二者的工作。該裝置要求能夠統(tǒng)籌整個(gè)煤氣管理，具備完整的煤氣分配掌控能力。
[0003]在中國專利“鋼鐵企業(yè)焦?fàn)t煤氣柜位預(yù)測平衡方法”(編號(hào):CN102109837A)中，利用因素關(guān)聯(lián)分析理論與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模回歸預(yù)測技術(shù)對(duì)鋼鐵企業(yè)焦?fàn)t煤氣柜位進(jìn)行預(yù)測。并且希望預(yù)測出的結(jié)果能夠使調(diào)度人員提前了解煤氣柜的變化態(tài)勢，及時(shí)調(diào)節(jié)用戶的煤氣用量，減少煤氣的放散量，提高煤氣的利用率。但是該專利沒有涉及到具體的調(diào)度方法，沒有真正意義上地實(shí)現(xiàn)預(yù)測與調(diào)度的結(jié)合。
[0004]在中國專利“一種鋼鐵企業(yè)能源仿真場景編制方法”(編號(hào):CN102073951A)中，是通過模型構(gòu)造，建立設(shè)備模型和產(chǎn)品模型，進(jìn)行場景編制。該仿真力圖能夠再現(xiàn)鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)過程。希望能夠用于通用的、可反映鋼鐵制品物質(zhì)流變化、產(chǎn)品工藝、異常工況、設(shè)備檢修的方法。但是該專利只是停留在可視化的程度上，并且更多地是關(guān)注工藝參數(shù)，生產(chǎn)工況的情況，并沒有達(dá)到對(duì)煤氣智能優(yōu)化調(diào)度的目的。
[0005]在中國專利“一種冶金企業(yè)副產(chǎn)煤氣離線分析在線調(diào)度方法”(編號(hào):CN102915006A)。該調(diào)度方法有一個(gè)數(shù)據(jù)收集服務(wù)器與煤氣產(chǎn)銷管理系統(tǒng)連接，該數(shù)據(jù)服務(wù)器能夠根據(jù)已經(jīng)建立好的數(shù)學(xué)預(yù)測模型和調(diào)度模型進(jìn)行在線優(yōu)化調(diào)度。這是一種離線分析在線調(diào)度方法。但是該調(diào)度方法只是考慮到怎樣使煤氣放散量最小，而并沒有考慮到煤氣購買成本，并且該專利所采用的單純形方計(jì)算方法，容易陷入無解的困局。最重要的是，該專利只是基于當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測值對(duì)煤氣進(jìn)行調(diào)度，而沒有考慮到下一個(gè)時(shí)刻的煤氣盈余情況。這樣若是將當(dāng)前時(shí)刻的盈余的煤氣存入對(duì)應(yīng)的煤氣柜，而下一個(gè)時(shí)刻該煤氣也盈余而其他煤氣卻存在不足現(xiàn)象，又將不得不將該煤氣放散到大氣中，同時(shí)其他煤氣又處于不足狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種鋼鐵企業(yè)煤氣優(yōu)化調(diào)度裝置。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0008]一種鋼鐵企業(yè)煤氣優(yōu)化調(diào)度裝置，該調(diào)度裝置與能源管理系統(tǒng)連接，其特征在于，所述的調(diào)度裝置包括依次連接的煤氣管理器、優(yōu)化器和顯示設(shè)備；煤氣管理器利用企業(yè)的能源管理系統(tǒng)獲得各工序煤氣消耗量與生成量歷史數(shù)據(jù)和煤氣柜存量數(shù)據(jù)，對(duì)煤氣當(dāng)前時(shí)刻和未來時(shí)刻的生產(chǎn)量與消耗量進(jìn)行預(yù)測；優(yōu)化器基于上述預(yù)測數(shù)據(jù)，采用改進(jìn)的分布估計(jì)算法對(duì)煤氣分配進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化的原則是使煤氣的放散量最低和購買量最少；顯示設(shè)備顯示優(yōu)化器獲得的煤氣分配方案，供用戶參考，進(jìn)行合理地煤氣分配。
[0009]所述的優(yōu)化器基于上述預(yù)測數(shù)據(jù)，采用改進(jìn)的分布估計(jì)算法對(duì)煤氣分配進(jìn)行優(yōu)化具體為:
[0010]以煤氣放散量和購買量最低為最終優(yōu)化目標(biāo)，在滿足工藝約束的前提下，對(duì)工序進(jìn)行優(yōu)先級(jí)定義，然后先對(duì)煤氣進(jìn)行初始分配，初始分配的原則是按照工序的優(yōu)先級(jí)，以盡量消耗焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣為原則，以滿足工序的最低熱量要求為基準(zhǔn)，最后對(duì)煤氣進(jìn)行二次分配，該分配屬于按需分配，迭代分配，利用改進(jìn)的分布估計(jì)算法調(diào)節(jié)各個(gè)工序的煤氣分配量。
[0011]所述的工序進(jìn)行優(yōu)先級(jí)定義具體為:
[0012]工序排序時(shí)首先要將煤氣消耗結(jié)構(gòu)不可調(diào)的工序優(yōu)先排序，其次要以消耗焦?fàn)t煤氣的工序優(yōu)先，再次以消耗轉(zhuǎn)爐煤氣的工序優(yōu)先。
[0013]所述的先對(duì)煤氣進(jìn)行初始分配具體為:
[0014]以滿足工序的最低熱量需求為原則，首先分配焦?fàn)t煤氣，遍歷與焦?fàn)t煤氣相關(guān)的工序，直到焦?fàn)t煤氣分配完，一旦焦?fàn)t煤氣分配完就進(jìn)入了轉(zhuǎn)爐煤氣的分配，同樣遍歷與轉(zhuǎn)爐煤氣相關(guān)的工序，直到完全地將轉(zhuǎn)爐煤氣分配完之后，最后對(duì)高爐煤氣做同樣的操作。
[0015]所述的對(duì)煤氣進(jìn)行二次分配具體為:
[0016]I)確定當(dāng)前時(shí)刻的煤氣方配方案與下一個(gè)時(shí)刻的煤氣柜存量的關(guān)系；
[0017]2)設(shè)置一組待求解變量data []；
[0018]3)確定優(yōu)化目標(biāo)，包括放散量最低和煤氣購買量最少；
[0019]4)采用改進(jìn)的分布估計(jì)算法進(jìn)行分配，即將尋優(yōu)過程分為兩個(gè)層次，均勻劃分整個(gè)解區(qū)間，用分散搜索指引種群進(jìn)化方向，根據(jù)分散搜索算法產(chǎn)生出的區(qū)間產(chǎn)生子代，用直方圖模型重新統(tǒng)計(jì)群體概率。
[0020]所述的確定當(dāng)前時(shí)刻的煤氣方配方案與下一個(gè)時(shí)刻的煤氣柜存量的關(guān)系具體為:
[0021]I)若是下一個(gè)時(shí)刻有煤氣盈余,則上一個(gè)時(shí)刻要盡量將煤氣柜置空去滿足下一個(gè)時(shí)刻煤氣的存儲(chǔ)需求；
[0022]2)若是下一個(gè)時(shí)刻煤氣存在不足的情況，則當(dāng)前時(shí)刻就要盡量預(yù)留對(duì)應(yīng)的煤氣在煤氣柜里，以滿足下一個(gè)時(shí)刻可能存在的煤氣不足情況。
[0023]所述的待求解變量具體包括高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣等價(jià)交換的量、高爐煤氣與轉(zhuǎn)爐煤氣等價(jià)交換的量、焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣等價(jià)交換的量、三種煤氣分別提供給具有相應(yīng)的連通方式的工序的再消耗量、三種煤氣分別提供給具有相應(yīng)連通方式的工序的缺失量以及下一個(gè)時(shí)刻高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣等價(jià)交換的量、高爐煤氣與轉(zhuǎn)爐煤氣等價(jià)交換的量、焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣等價(jià)交換的量。
[0024]所述的采用改進(jìn)的分布估計(jì)算法進(jìn)行分配具體為建立種群空間，在空間中劃分等距區(qū)間，每個(gè)區(qū)間都有自己對(duì)應(yīng)的概率，這個(gè)概率表征為出現(xiàn)優(yōu)秀個(gè)體的概率，通過每個(gè)區(qū)間的概率來評(píng)定參考集中的成員，本算法設(shè)有兩個(gè)參考集，優(yōu)解參考集以及多樣性好的參考集，通過分別從兩個(gè)參考集中分別隨機(jī)選出的區(qū)間經(jīng)過遺傳算子的計(jì)算，生成一個(gè)區(qū)間號(hào)，再從這個(gè)區(qū)間中隨機(jī)生成一個(gè)數(shù)形成下一代，下一代經(jīng)過計(jì)算，又重新更新概率，更新參考集成員，如此不斷重復(fù)直到滿足結(jié)束條件，結(jié)束條件為到達(dá)設(shè)定的迭代數(shù)；
[0025]1)初始化種群
[0026]建立空間以及區(qū)間的初始狀態(tài)，根據(jù)工序和煤氣的關(guān)系以及系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述，設(shè)定屬性值為需要求解的變量data□，將整個(gè)搜索域劃分為N個(gè)等距區(qū)間，初始化每個(gè)區(qū)間的概率為1/N，設(shè)定種群規(guī)模為size個(gè)，在搜索空間中隨機(jī)生成第一代；
[0027]2)參數(shù)更新，根據(jù)生成的解計(jì)算相應(yīng)的適應(yīng)度值g(Xk)
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種鋼鐵企業(yè)煤氣優(yōu)化調(diào)度裝置，該調(diào)度裝置與能源管理系統(tǒng)連接，其特征在于，所述的調(diào)度裝置包括依次連接的煤氣管理器、優(yōu)化器和顯示設(shè)備；煤氣管理器利用企業(yè)的能源管理系統(tǒng)獲得各工序煤氣消耗量與生成量歷史數(shù)據(jù)和煤氣柜存量數(shù)據(jù)，對(duì)煤氣當(dāng)前時(shí)刻和未來時(shí)刻的生產(chǎn)量與消耗量進(jìn)行預(yù)測；優(yōu)化器基于上述預(yù)測數(shù)據(jù)，采用改進(jìn)的分布估計(jì)算法對(duì)煤氣分配進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化的原則是使煤氣的放散量最低和購買量最少；顯示設(shè)備顯示優(yōu)化器獲得的煤氣分配方案，供用戶參考，進(jìn)行合理地煤氣分配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼鐵企業(yè)煤氣優(yōu)化調(diào)度裝置，其特征在于，所述的優(yōu)化器基于上述預(yù)測數(shù)據(jù)，采用改進(jìn)的分布估計(jì)算法對(duì)煤氣分配進(jìn)行優(yōu)化具體為: 以煤氣放散量和購買量最低為最終優(yōu)化目標(biāo)，在滿足工藝約束的前提下，對(duì)工序進(jìn)行優(yōu)先級(jí)定義，然后先對(duì)煤氣進(jìn)行初始分配，初始分配的原則是按照工序的優(yōu)先級(jí)，以盡量消耗焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣為原則，以滿足工序的最低熱量要求為基準(zhǔn)，最后對(duì)煤氣進(jìn)行二次分配，該分配屬于按需分配，迭代分配，利用改進(jìn)的分布估計(jì)算法調(diào)節(jié)各個(gè)工序的煤氣分配量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋼鐵企業(yè)煤氣優(yōu)化調(diào)度裝置，其特征在于，所述的工序進(jìn)行優(yōu)先級(jí)定義具 體為: 工序排序時(shí)首先要將煤氣消耗結(jié)構(gòu)不可調(diào)的工序優(yōu)先排序，其次要以消耗焦?fàn)t煤氣的工序優(yōu)先，再次以消耗轉(zhuǎn)爐煤氣的工序優(yōu)先。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋼鐵企業(yè)煤氣優(yōu)化調(diào)度裝置，其特征在于，所述的先對(duì)煤氣進(jìn)行初始分配具體為: 以滿足工序的最低熱量需求為原則，首先分配焦?fàn)t煤氣，遍歷與焦?fàn)t煤氣相關(guān)的工序，直到焦?fàn)t煤氣分配完，一旦焦?fàn)t煤氣分配完就進(jìn)入了轉(zhuǎn)爐煤氣的分配，同樣遍歷與轉(zhuǎn)爐煤氣相關(guān)的工序，直到完全地將轉(zhuǎn)爐煤氣分配完之后，最后對(duì)高爐煤氣做同樣的操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋼鐵企業(yè)煤氣優(yōu)化調(diào)度裝置，其特征在于，所述的對(duì)煤氣進(jìn)行二次分配具體為: 1)確定當(dāng)前時(shí)刻的煤氣方配方案與下一個(gè)時(shí)刻的煤氣柜存量的關(guān)系； 2)設(shè)置一組待求解變量data[]； 3)確定優(yōu)化目標(biāo)，包括放散量最低和煤氣購買量最少； 4)采用改進(jìn)的分布估計(jì)算法進(jìn)行分配，即將尋優(yōu)過程分為兩個(gè)層次，均勻劃分整個(gè)解區(qū)間，用分散搜索指引種群進(jìn)化方向，根據(jù)分散搜索算法產(chǎn)生出的區(qū)間產(chǎn)生子代，用直方圖模型重新統(tǒng)計(jì)群體概率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋼鐵企業(yè)煤氣優(yōu)化調(diào)度裝置，其特征在于，所述的確定當(dāng)前時(shí)刻的煤氣方配方案與下一個(gè)時(shí)刻的煤氣柜存量的關(guān)系具體為: 1)若是下一個(gè)時(shí)刻有煤氣盈余，則上一個(gè)時(shí)刻要盡量將煤氣柜置空去滿足下一個(gè)時(shí)刻煤氣的存儲(chǔ)需求； 2)若是下一個(gè)時(shí)刻煤氣存在不足的情況，則當(dāng)前時(shí)刻就要盡量預(yù)留對(duì)應(yīng)的煤氣在煤氣柜里，以滿足下一個(gè)時(shí)刻可能存在的煤氣不足情況。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋼鐵企業(yè)煤氣優(yōu)化調(diào)度裝置，其特征在于，所述的待求解變量具體包括高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣等價(jià)交換的量、高爐煤氣與轉(zhuǎn)爐煤氣等價(jià)交換的量、焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣等價(jià)交換的量、三種煤氣分別提供給具有相應(yīng)的連通方式的工序的再消耗量、三種煤氣分別提供給具有相應(yīng)連通方式的工序的缺失量以及下一個(gè)時(shí)刻高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣等價(jià)交換的量、高爐煤氣與轉(zhuǎn)爐煤氣等價(jià)交換的量、焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣等價(jià)交換的量。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋼鐵企業(yè)煤氣優(yōu)化調(diào)度裝置，其特征在于，所述的采用改進(jìn)的分布估計(jì)算法進(jìn)行分配具體為建立種群空間，在空間中劃分等距區(qū)間，每個(gè)區(qū)間都有自己對(duì)應(yīng)的概率，這個(gè)概率表征為出現(xiàn)優(yōu)秀個(gè)體的概率，通過每個(gè)區(qū)間的概率來評(píng)定參考集中的成員，本算法設(shè)有兩個(gè)參考集，優(yōu)解參考集以及多樣性好的參考集，通過分別從兩個(gè)參考集中分別隨機(jī)選出的區(qū)間經(jīng)過遺傳算子的計(jì)算，生成一個(gè)區(qū)間號(hào)，再從這個(gè)區(qū)間中隨機(jī)生成一個(gè)數(shù)形成下一代，下一代經(jīng)過計(jì)算，又重新更新概率，更新參考集成員，如此不斷重復(fù)直到滿足結(jié)束條件，結(jié)束條件為到達(dá)設(shè)定的迭代數(shù)； 1)初始化種群 建立空間以及區(qū)間的初始狀態(tài)，根據(jù)工序和煤氣的關(guān)系以及系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述，設(shè)定屬性值為需要求解的變量data□，將整個(gè)搜索域劃分為N個(gè)等距區(qū)間，初始化每個(gè)區(qū)間的概率為1/N，設(shè)定種群規(guī)模為size個(gè)，在搜索空間中隨機(jī)生成第一代； 2)參數(shù)更新，根據(jù)生成的解計(jì)算相應(yīng)的適應(yīng)度值g(Xk)
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK103439926SQ201310320627
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月26日
【發(fā)明者】李莉, 吳啟迪, 喬非, 李娜 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)