本發(fā)明屬于工業(yè)信息化領(lǐng)域，特別是涉及一種基于設(shè)備工況組合的能源調(diào)度系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在我國，工業(yè)企業(yè)消耗了超過三分之二的能源，是節(jié)能減排工作的重點(diǎn)。工業(yè)企業(yè)能源系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律與設(shè)備、原材料和產(chǎn)品種類等密切相關(guān)，是各種工況下設(shè)備產(chǎn)、用能規(guī)律的疊加。這里的工況指設(shè)備一段時(shí)間內(nèi)的一種工作狀態(tài)，例如運(yùn)行、故障、停機(jī)等，不同工況下的產(chǎn)、用能規(guī)律不同。能源系統(tǒng)容易受生產(chǎn)、設(shè)備的影響，設(shè)備檢修、停機(jī)等工況影響而波動(dòng)，某些突發(fā)事件甚至?xí)＜暗侥茉聪到y(tǒng)安全。目前，在能源計(jì)劃層面，企業(yè)每年或每月根據(jù)生產(chǎn)訂單安排生產(chǎn)計(jì)劃和設(shè)備檢修計(jì)劃，能源計(jì)劃是根據(jù)產(chǎn)量和單位產(chǎn)量能耗進(jìn)行較粗的平衡分配；在能源調(diào)度層面，每日排產(chǎn)只是提出能源需求，較少考慮對能源系統(tǒng)的沖擊(例如集中用能、高峰期用電等)；在生產(chǎn)過程中，能源調(diào)度人員的精力主要放在處理各種異常工況以滿足生產(chǎn)上，能源供應(yīng)模式為粗線條的敞口供應(yīng)，造成能源成本偏高、生產(chǎn)不穩(wěn)定。

以鋼鐵企業(yè)煤氣-蒸汽-電耦合問題為例，焦?fàn)t、高爐、轉(zhuǎn)爐分別產(chǎn)生焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣，煤氣的用戶包括軋鋼加熱爐、石灰窯、礦渣制粉、蒸汽鍋爐、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組分為單一高爐煤氣機(jī)組(CCPP)和混合煤氣機(jī)組，由于高爐換爐和轉(zhuǎn)爐間歇性生產(chǎn)，煤氣存在波動(dòng)，一般使用煤氣柜來穩(wěn)定管網(wǎng)壓力；蒸汽來源包括蒸汽鍋爐(余熱鍋爐)產(chǎn)汽、發(fā)電機(jī)組抽汽，主要用于爐料預(yù)熱、伴熱、高爐鼓風(fēng)、取暖等，不可存儲(chǔ)；電力一部分由燃?xì)獍l(fā)電、余熱發(fā)電、余壓發(fā)電產(chǎn)生，不足的部分從電網(wǎng)購買，工業(yè)電價(jià)采用峰平谷分段計(jì)價(jià)，避峰就谷是企業(yè)降低用電成本的重要途徑?？梢姡撹F企業(yè)煤氣-蒸汽-電是耦合聯(lián)動(dòng)的，煤氣波動(dòng)會(huì)影響蒸汽和電，最終通過外購電實(shí)現(xiàn)三者的平衡。

正常情況下，能源系統(tǒng)能夠保持動(dòng)態(tài)平衡，但各種設(shè)備故障、檢修、停產(chǎn)時(shí)有發(fā)生，使平衡關(guān)系被打破，需要人為干預(yù)實(shí)現(xiàn)新的平衡。例如某一高爐休風(fēng)，導(dǎo)致副產(chǎn)煤氣量減少，會(huì)造成煤氣柜位和管網(wǎng)壓力迅速下降，若煤氣柜位低于下限，將引發(fā)落地危險(xiǎn)；相反的，假設(shè)發(fā)電機(jī)組檢修，導(dǎo)致煤氣量過剩，會(huì)使煤氣柜位和管網(wǎng)壓力上升，若煤氣柜位高于上限，將引發(fā)沖頂危險(xiǎn)。這種情況下就需要調(diào)度人員進(jìn)行調(diào)節(jié)，雖然調(diào)度人員能保證煤氣柜位在安全范圍內(nèi)，但是給出的調(diào)度方案很難是最優(yōu)的。而上述情況只是描述了一種工況情形，如果多臺(tái)設(shè)備同時(shí)發(fā)生故障，再考慮到分時(shí)電價(jià)的影響，調(diào)度人員需要針對煤氣、蒸汽、電三種能源介質(zhì)在多個(gè)時(shí)段(工況發(fā)生時(shí)段和電的峰平谷時(shí)段)，對煤氣柜、發(fā)電機(jī)組、鍋爐等多臺(tái)設(shè)備的存儲(chǔ)、消耗或產(chǎn)生量進(jìn)行調(diào)節(jié)，是很難給出合適的調(diào)度方案的?？梢?，能源系統(tǒng)是一個(gè)多介質(zhì)耦合、多工況疊加、多時(shí)段統(tǒng)籌的復(fù)雜系統(tǒng)，需要在保證生產(chǎn)安全前提下，通過優(yōu)化達(dá)到能源消耗最小、效益最優(yōu)的目標(biāo)。

要解決這一復(fù)雜系統(tǒng)的優(yōu)化問題，需要考慮以下四個(gè)方面：①首先要實(shí)現(xiàn)基于介質(zhì)的不平衡量預(yù)測，而各種介質(zhì)產(chǎn)耗設(shè)備數(shù)量眾多，產(chǎn)耗量計(jì)量數(shù)據(jù)本身存在誤差，使得采用總量預(yù)測得到不平衡量的方法工作量大、難以消除計(jì)量誤差影響，需要一種預(yù)測不平衡量的可行方法；②其次，要考慮多時(shí)段特點(diǎn)，建立多時(shí)段平衡模型，多時(shí)段之間要考慮設(shè)備的調(diào)整速度；③再次，需要避免調(diào)整次數(shù)過于頻繁，因?yàn)槊看握{(diào)整需要下達(dá)調(diào)度指令由現(xiàn)場人員操作設(shè)備，過于頻繁的調(diào)整無法執(zhí)行；④最后，要接入生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)以獲取當(dāng)前產(chǎn)耗量，調(diào)度模型基于當(dāng)前產(chǎn)耗量給出調(diào)整量。以上四個(gè)要點(diǎn)是本發(fā)明所針對的技術(shù)問題。

與調(diào)度有關(guān)的研究多集中在生產(chǎn)調(diào)度方面。例如，中國專利局2008年11月12日公開的合肥工業(yè)大學(xué)申請的專利《基于實(shí)時(shí)工況的變權(quán)式隨機(jī)調(diào)度方法》(CN101303597)是針對生產(chǎn)調(diào)度不確定問題影響下的重調(diào)度問題；也有針對單一設(shè)備的能源調(diào)度，如2011年4月20日公布的上海寶信軟件股份有限公司申請的專利《基于熱平衡的熱軋加熱爐能源調(diào)度方法》(CN102021312)；2012年4月10日施燦濤等發(fā)表的《鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣優(yōu)化調(diào)度問題模型及算法》一文針對副產(chǎn)煤氣優(yōu)化調(diào)度問題將遺傳算法與混沌理論相結(jié)合進(jìn)行模型求解；2014年10月15日公開的浙江中控軟件技術(shù)有限公司申請的專利《一種鋼鐵企業(yè)中煤氣和蒸汽系統(tǒng)的調(diào)度方法、設(shè)備和系統(tǒng)》提供了一種包括能源預(yù)測和調(diào)度的煤氣和蒸汽的調(diào)度方法、設(shè)備和系統(tǒng)；2015年1月28日公開的中冶南方工程技術(shù)有限公司申請的專利《一種鋼鐵企業(yè)多能源介質(zhì)集成調(diào)度優(yōu)化方法》(CN104318321A)建立了鋼鐵企業(yè)煤氣-蒸汽-電力等多介質(zhì)多周期混合優(yōu)化調(diào)度的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型。

這些研究，有的側(cè)重于生產(chǎn)排程問題的研究，有的側(cè)重基于工況的生產(chǎn)加工調(diào)度方法，解決的不是多介質(zhì)的能源調(diào)度問題(不能解決技術(shù)問題②③④)；有的僅考慮單一設(shè)備的能源調(diào)度，忽略了設(shè)備間的相互影響，不能適用于整個(gè)系統(tǒng)(不能解決技術(shù)問題①②③)；有的僅是對單一能源介質(zhì)的調(diào)度，忽略了能源之間的耦合關(guān)系，不滿足多介質(zhì)、多時(shí)段要求(不能解決技術(shù)問題②③)；有的雖然考慮了多介質(zhì)多周期的混合模型，但能源預(yù)測方法是基于總量的預(yù)測，預(yù)測誤差大，也沒有考慮調(diào)整次數(shù)對系統(tǒng)實(shí)用性的影響(不能解決技術(shù)問題①③)；另外，一些系統(tǒng)和方法使用的數(shù)據(jù)是歷史數(shù)據(jù)，而不是現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，無法針對當(dāng)前現(xiàn)場數(shù)據(jù)得到調(diào)度方案，不能滿足接入生產(chǎn)在線數(shù)據(jù)的要求(不能解決技術(shù)問題④)。

綜上所述，工業(yè)企業(yè)能源系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律是各種工況下設(shè)備產(chǎn)、用能規(guī)律的疊加；工業(yè)企業(yè)目前的能源計(jì)劃和調(diào)度仍是以滿足生產(chǎn)需要為主的敞口供應(yīng)模式，能源成本偏高、系統(tǒng)不穩(wěn)定；能源系統(tǒng)是一個(gè)多介質(zhì)耦合、多工況疊加、多時(shí)段統(tǒng)籌的復(fù)雜系統(tǒng)，綜合考慮這些因素的研究較少；能源預(yù)測方面，采用總量預(yù)測得到不平衡量的方法工作量大、難以消除計(jì)量誤差影響，需要一種預(yù)測不平衡量的可行方法；有關(guān)調(diào)度的研究主要集中在生產(chǎn)排程方面；現(xiàn)有的調(diào)度模型沒有考慮調(diào)整成本，調(diào)度方案的調(diào)整次數(shù)過于頻繁；能源調(diào)度系統(tǒng)與調(diào)度人員的可交互性差，系統(tǒng)的實(shí)用性較差等。因此，目前這些研究成果，不能解決本發(fā)明所針對的技術(shù)問題，不能解決多種復(fù)雜工況組合下的能源精細(xì)化調(diào)度問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種基于設(shè)備工況組合的能源調(diào)度系統(tǒng)，解決了多種復(fù)雜工況組合下的能源精細(xì)化調(diào)度問題。提供易于交互的能源調(diào)度系統(tǒng)，從而幫助能源調(diào)度人員提高調(diào)度水平和反應(yīng)速度，降低能源成本，提高生產(chǎn)穩(wěn)定性。

本發(fā)明以工況預(yù)測結(jié)果和現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為模型輸入，建立以能源消耗最少、效益最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)的耦合數(shù)學(xué)模型，綜合考慮了節(jié)點(diǎn)平衡、介質(zhì)平衡、特殊約束等約束條件，采用混合整數(shù)規(guī)劃方法，輸出為各時(shí)段(工況變化時(shí)段和峰平谷時(shí)段)的最優(yōu)分配方案。

本發(fā)明用工況來表達(dá)設(shè)備的狀態(tài)，并記錄該工況下能源介質(zhì)消耗或發(fā)生的數(shù)據(jù)，提供可移動(dòng)甘特圖工具定義一段時(shí)間內(nèi)各種設(shè)備的工況組合，提供模型配置工具來配置調(diào)度模型，并提供優(yōu)化計(jì)算模塊來為調(diào)度人員提供調(diào)度方案及結(jié)果展示。

本發(fā)明在調(diào)度模型中增加了調(diào)整成本項(xiàng)，所述的調(diào)整成本是指每次對被調(diào)整對象進(jìn)行調(diào)整都是有代價(jià)的，如果某能源介質(zhì)的調(diào)整代價(jià)大于這次調(diào)整中此介質(zhì)所能獲得的收益，那么將不對這個(gè)介質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，也就是說，調(diào)整成本決定了被調(diào)整對象的最小調(diào)整幅度，用于解決調(diào)度方案調(diào)整次數(shù)過于頻繁而導(dǎo)致系統(tǒng)不實(shí)用的問題。

一種基于設(shè)備工況組合的能源調(diào)度系統(tǒng)，包括：設(shè)備工況定義管理模塊、模型配置工具模塊、調(diào)度模型模塊和優(yōu)化計(jì)算模塊,四個(gè)模塊均運(yùn)行在調(diào)度計(jì)算機(jī)上，模塊涉及的工況類型數(shù)據(jù)、工況能源介質(zhì)特性數(shù)據(jù)、調(diào)度方案數(shù)據(jù)等均保存在關(guān)系數(shù)據(jù)庫軟件中，所述的關(guān)系數(shù)據(jù)庫軟件運(yùn)行在服務(wù)器上，調(diào)度計(jì)算機(jī)與服務(wù)器之間通過局域網(wǎng)連接。能源調(diào)度的步驟如下：

1、在設(shè)備工況定義管理模塊定義設(shè)備工況類型，定義設(shè)備在某工況下發(fā)生、消耗能源介質(zhì)的種類以及數(shù)量隨時(shí)間的變化規(guī)律，以及定義一段時(shí)間內(nèi)設(shè)備的工況組合，每個(gè)工況定義了工況發(fā)生的起止時(shí)間、能源介質(zhì)的初始值、結(jié)束值，在工況發(fā)生時(shí)段，系統(tǒng)會(huì)將由該工況引起的不平衡量加入模型中；

2、在模型配置工具模塊對變量、介質(zhì)及約束條件進(jìn)行配置，確定變量的上下限、價(jià)格、調(diào)整成本等配置項(xiàng)，以及設(shè)置介質(zhì)參數(shù)和特殊約束，將其保存并作為調(diào)度模型模塊的參數(shù)和約束條件；

3、在調(diào)度模型模塊定義目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)步驟2中模型配置的參數(shù)和約束條件，建立調(diào)度模型；

4、在優(yōu)化計(jì)算模塊，將步驟1中由工況組合預(yù)測信息得到的系統(tǒng)不平衡量和從現(xiàn)場各個(gè)設(shè)備產(chǎn)生或消耗的數(shù)據(jù)得到的當(dāng)前產(chǎn)耗量作為模型的輸入，對上述步驟2和步驟3建立的模型進(jìn)行求解，模型求解失敗則需返回步驟2和步驟3確保模型配置正確，模型求解成功則將調(diào)度方案以圖表等更直觀的方式顯示，進(jìn)行優(yōu)化前后預(yù)期效果的對比和分析，并保存調(diào)度方案。

所述的設(shè)備工況定義管理模塊，包含設(shè)備工況類型定義、工況能源介質(zhì)特性管理、工況組合工具三個(gè)部分:

1、設(shè)備工況類型定義，根據(jù)設(shè)備類型、規(guī)格，以及原材料、產(chǎn)成品的類型、規(guī)格不同，定義各種工況，典型的工況如：運(yùn)行、故障、停機(jī)、升溫、保溫、降溫等，每種工況由一個(gè)名稱作為助記符，包含工況持續(xù)時(shí)間等信息，設(shè)備的工況類型可以由調(diào)度人員根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)逐漸豐富；

2、工況能源介質(zhì)特性管理，定義設(shè)備在某工況下發(fā)生、消耗能源介質(zhì)的種類以及數(shù)量隨時(shí)間的變化規(guī)律，可以用典型樣本數(shù)據(jù)或數(shù)量-時(shí)間函數(shù)關(guān)系式來表征這一規(guī)律，對已發(fā)生的工況，可以直接從歷史數(shù)據(jù)中抽取該工況時(shí)間范圍內(nèi)的能源介質(zhì)數(shù)據(jù)作為樣本；

3、工況組合工具，提供可移動(dòng)甘特圖工具，甘特圖的橫坐標(biāo)軸為時(shí)間、縱坐標(biāo)軸為設(shè)備，甘特圖上每個(gè)圖塊表示設(shè)備的一個(gè)工況，圖塊寬度表示工況的持續(xù)時(shí)間，不同類型的工況通過圖塊上的顏色和文本進(jìn)行區(qū)分，可以橫向拖動(dòng)圖塊改變其開始、結(jié)束時(shí)間，可以從生產(chǎn)排程計(jì)劃中提取生產(chǎn)設(shè)備的工況組合，或者直接從設(shè)備工況類型定義模塊中選擇設(shè)備工況進(jìn)行組合。每個(gè)工況定義了工況發(fā)生的起止時(shí)間、能源介質(zhì)的開始值、結(jié)束值，初始值和結(jié)束值根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)確定，在工況發(fā)生時(shí)段，系統(tǒng)會(huì)將該工況引起的產(chǎn)耗變化情況加入模型中；

工況發(fā)生時(shí)，能源系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡被打破，工況引起的產(chǎn)耗變化量即為能源系統(tǒng)的不平衡量W，將不平衡量W輸入模型中，由調(diào)度模型來平衡，因此需要計(jì)算不平衡量W；由于在t(t₀≤t≤t_N)時(shí)段內(nèi)可能有多種工況存在，設(shè)有K個(gè)工況類型，每種工況都設(shè)置了開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間和工況發(fā)生時(shí)段能源介質(zhì)j的值隨時(shí)間變化的函數(shù)f_k,j(t)。將t時(shí)段內(nèi)所有K個(gè)工況的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間提取出來，設(shè)總共有m個(gè)時(shí)間點(diǎn)(由于可能存在時(shí)間相同的點(diǎn)，m≤2K)，按時(shí)間先后順序排列，并分別設(shè)置為t₁,t₂,…,t_m-1,t_m。于是，可以將(t₀,t_N)時(shí)段劃分為m+1段:(t₀,t₁)，(t₁,t₂)，…,(t_m-1,t_m)，(t_m,t_N)，其中，(t₀,t₁)、(t_m,t_N)時(shí)段沒有工況，可不予考慮，故設(shè)l_i＝(t_i,t_i+1),(1≤i≤m-1)。每種能源介質(zhì)j的不平衡量W_j是多時(shí)段的，根據(jù)上述的m-1個(gè)時(shí)段分別求取，每個(gè)時(shí)段l_i的不平衡量是此時(shí)段內(nèi)發(fā)生的工況的疊加，于是，可表示成：

其中，(t_i,t_i+1)∈[(t₁,t₂),(t₂,t₃),…,(t_m-1,t_m)]∈t，(t_i,t_i+1)是m-1個(gè)時(shí)段中的一個(gè)時(shí)段，是某一種工況在(t_i,t_i+1)時(shí)段內(nèi)的能源介質(zhì)j的不平衡量，如果某種工況K_i發(fā)生的時(shí)間范圍不在(t_i,t_i+1)時(shí)段內(nèi)，則W_j是m-1個(gè)時(shí)段能源介質(zhì)j的不平衡量的集合，而每種工況中可能有多種能源介質(zhì)發(fā)生變化，因此，系統(tǒng)的不平衡量W是N種能源介質(zhì)的不平衡量W_j的集合。

所述的模型配置工具模塊，用來編輯、配置調(diào)度模型，調(diào)度模型包括變量列表、介質(zhì)參數(shù)列表、特殊約束列表三部分，介質(zhì)參數(shù)和特殊約束用于動(dòng)態(tài)調(diào)整不同模型所需的變比和約束條件，用來增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和通用性；

變量，是模型求解的未知數(shù)，變量需要滿足上限、下限約束、節(jié)點(diǎn)平衡約束、介質(zhì)平衡約束等。變量定義了變量名、節(jié)點(diǎn)、產(chǎn)耗、介質(zhì)、標(biāo)簽、上限、下限、初始值、系數(shù)、調(diào)整成本、爬坡速度、允許停機(jī)、停機(jī)成本、節(jié)點(diǎn)約束、反送價(jià)格、價(jià)格、電的峰平谷價(jià)格、啟用等這些字段。這些字段定義了變量所具有的屬性，例如，產(chǎn)耗類型包括主產(chǎn)、副產(chǎn)、消耗、放散和存儲(chǔ)，調(diào)整成本用于設(shè)置最小的調(diào)整幅度，價(jià)格用于目標(biāo)函數(shù)，用來定義變量的優(yōu)先級(jí)，價(jià)格越高優(yōu)先級(jí)越低；

介質(zhì)參數(shù)，用來確定模型所需要的平衡約束以及變量的變比，變比是變量每次增減的幅度，用于統(tǒng)一能源介質(zhì)的單位和加快模型的收斂速度；

特殊約束，是針對不同模型需要額外添加的一些約束條件，可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況增加、刪除和修改；特殊約束是根據(jù)變量名編輯的公式，可手動(dòng)添加到系統(tǒng)中。

所述的調(diào)度模型模塊，這個(gè)模塊根據(jù)模型配置工具模塊定義的模型參數(shù)變量和平衡約束，建立目標(biāo)函數(shù)及約束條件。

所述優(yōu)化計(jì)算模塊包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件，設(shè)該模型為T個(gè)周期的數(shù)學(xué)優(yōu)化調(diào)度問題，某個(gè)時(shí)間段記為t(1≤t≤T),M表示設(shè)備數(shù)量，N表示能源種類數(shù)；

所述目標(biāo)函數(shù)為總費(fèi)用Q₁加上放散懲罰Q₂減去總收益Q₃的最小目標(biāo)函數(shù)MinJ:

MinJ＝Q₁+Q₂-Q₃ (2)

1)總費(fèi)用Q₁包括：外購能源費(fèi)用、外購電費(fèi)用、能源調(diào)整成本費(fèi)用、設(shè)備停機(jī)費(fèi)用和設(shè)備維護(hù)費(fèi)用:

表示外購的能源成本(不包含電)；

表示在峰平谷時(shí)段的外購電費(fèi)用；

表示能源的調(diào)整成本費(fèi)用；

表示停機(jī)成本費(fèi)用；

表示設(shè)備i的維護(hù)費(fèi)用；

C_buy,j，B_j,t分別表示能源j的外購價(jià)格和t時(shí)段能源j的外購量；

C_tou，P_t分別表示在峰、平、谷時(shí)段的電價(jià)(CNY/KW·h)，和在峰、平、谷時(shí)段的外購電量(kw)；

C_adj,j，D_i,j分別表示能源j的調(diào)整價(jià)格和設(shè)備i的能源j的調(diào)整價(jià)格標(biāo)志(0表示沒有調(diào)整成本,1表示有調(diào)整成本)；

C_stop,i表示設(shè)備i的停機(jī)成本，T_i表示設(shè)備i的停機(jī)標(biāo)志(0表示停機(jī),1表示啟用)；

C_M,i，R_i,t分別表示設(shè)備i的維護(hù)成本和設(shè)備i在t時(shí)段的能源產(chǎn)生量；

2)放散懲罰Q₂為所有能源介質(zhì)的放散懲罰:

C_waste,i,j表示設(shè)備i的能源j的放散懲罰價(jià)格；

χ_i,j,t表示設(shè)備i在t時(shí)段能源j的放散量；

3)總收益Q₃為所有能源介質(zhì)的外銷收益:

表示能源的外銷收益；C_sell,j表示外銷能源j的價(jià)格；S_j,t表示在t時(shí)段外銷的能源j的數(shù)量；

所述約束條件包括：范圍約束、節(jié)點(diǎn)平衡約束、介質(zhì)平衡約束以及一些自定義的特殊約束:

1)范圍約束

每個(gè)產(chǎn)耗項(xiàng)目、存儲(chǔ)設(shè)備都需要滿足其額定的工作范圍，不同設(shè)備的能源消耗量、存儲(chǔ)量上下限等需要滿足一定的約束條件：

存儲(chǔ)柜柜容的上下限：V_min≤V_t≤V_max (6)

設(shè)備產(chǎn)能、耗能的上下限：F_i,min≤F_i,t≤F_i,max (7)

能源放散量約束:χ_i,j,min≤χ_i,j,t≤χ_i,j,max (8)

能源外購和外銷不能同時(shí)大于0約束:B_jS_j＝0 (9)

設(shè)備爬坡約束：M_i,speed,≤M_i,speed,max (10)

2)節(jié)點(diǎn)平衡約束

設(shè)備需要滿足能量平衡約束：

η_B,i表示機(jī)組效率，F(xiàn)_used,j表示能源j的消耗量，h_j表示能源j的熱值,P_i表示設(shè)備i產(chǎn)生的能源e的量,h_e表示能源e的熱值；

3)介質(zhì)平衡約束

能源需要滿足物料平衡約束，能源供需平衡是指能源產(chǎn)出和消耗的平衡，由于工況發(fā)生時(shí)能源產(chǎn)生量會(huì)受影響，需要加入工況引起的不平衡量才能滿足能源供需平衡。在工況定義管理模塊，公式(1)定義了能源介質(zhì)j在每個(gè)時(shí)段l_i的不平衡量由于不平衡量是多時(shí)段的，平衡約束也得是基于多時(shí)段的平衡，于是在整個(gè)t(t₀≤t≤t_n)時(shí)段內(nèi)的每個(gè)時(shí)段l_i,需要滿足約束：

其中，(t_i,t_i+1)∈l_i∈t,(t_i,t_i+1)是所有l(wèi)_i時(shí)段中的一個(gè)時(shí)段，表示(t_i,t_i+1)時(shí)段能源j的產(chǎn)生量，表示(t_i,t_i+1)時(shí)段的存儲(chǔ)柜變化量，對于不需要存儲(chǔ)柜的能源，式中的這一項(xiàng)不存在，分別表示(t_i,t_i+1)時(shí)段能源j的消耗量和放散量；

表示(t_i,t_i+1)時(shí)段內(nèi)發(fā)生的工況導(dǎo)致的能源j的不平衡量，的值為正表示能源j的富余量，為負(fù)表示能源j的缺口量。

4)特殊約束

例如，平均熱值約束:某些設(shè)備對多種混合能源的熱值也有一定的范圍要求，用以保證混合能源的質(zhì)量:

α_i,β_i分別表示設(shè)備i對混合熱值的最低要求和最高要求。

所述的優(yōu)化計(jì)算模塊，該模塊將輸入數(shù)據(jù)帶入模型中求解，并對結(jié)果進(jìn)行處理和分析:

首先獲取模型的輸入，模型的輸入有兩部分，一是由設(shè)備工況定義管理模塊生成的工況組合求得系統(tǒng)的不平衡量，工況組合中的每個(gè)工況都包括設(shè)備類型、工況類型、起始時(shí)間、終止時(shí)間、初始值、結(jié)束值等屬性，系統(tǒng)根據(jù)工況發(fā)生的起始和終止時(shí)間，分時(shí)段的將工況發(fā)生時(shí)段的不平衡量加入到模型的輸入中；二是從現(xiàn)場各個(gè)設(shè)備消耗或產(chǎn)生的能源介質(zhì)的數(shù)據(jù)得到的當(dāng)前產(chǎn)耗量。

然后將模型的輸入帶入到由模型配置模塊和調(diào)度模型模塊制定的調(diào)度模型中進(jìn)行求解，模型的輸出為各時(shí)段(工況發(fā)生時(shí)段和電的峰平谷時(shí)段)的調(diào)度方案，并將結(jié)果以圖表等更直觀的方式展示，結(jié)果分析包括：輸出的調(diào)度方案，分析單一能源介質(zhì)的調(diào)整變化、以及優(yōu)化前后預(yù)期效果對比等幾個(gè)方面。

對于輸出的調(diào)度方案，按照設(shè)備分組，每個(gè)分組按照“時(shí)間，能源介質(zhì)【初始值->調(diào)整值】”的格式顯示，反映了設(shè)備-時(shí)間-能源介質(zhì)變化量三者的關(guān)系，并將調(diào)度方案保存到本地文件，方便調(diào)度人員查看和分析；對于單一能源介質(zhì)的分析，可選擇某設(shè)備下的某種能源介質(zhì)，在圖表中展示該能源介質(zhì)在整個(gè)周期中各個(gè)時(shí)段的調(diào)整變化規(guī)律；對于優(yōu)化前后預(yù)期效果對比分析，分別統(tǒng)計(jì)不進(jìn)行優(yōu)化和經(jīng)過優(yōu)化后各個(gè)能源介質(zhì)在整個(gè)周期內(nèi)的產(chǎn)耗量，并通過圖表等方式對比優(yōu)化前后的預(yù)期效果。

本發(fā)明將復(fù)雜的能源調(diào)度問題轉(zhuǎn)化為設(shè)備的工況組合問題，提供了工況組合工具、模型配置工具、優(yōu)化計(jì)算和結(jié)果展示分析工具，其特點(diǎn)在于，調(diào)度模型是基于變化量的平衡而不是基于總量平衡，因?yàn)閷λ性O(shè)備都做預(yù)測是不現(xiàn)實(shí)的，再加上有計(jì)量誤差，如果用總量平衡那么計(jì)量誤差就無法平衡，也就是說，模型是平衡因工況變化引起的不平衡量，而不是總發(fā)生減去總消耗的差量；模型是基于多時(shí)段的平衡，多時(shí)段包括根據(jù)分時(shí)電價(jià)政策劃分的峰平谷時(shí)段和工況發(fā)生的時(shí)段，在不同的時(shí)段內(nèi)變量也是不同的，因此采用多時(shí)段多套變量，同時(shí)時(shí)段之間還考慮了調(diào)整速度的限制，以保證時(shí)段內(nèi)的調(diào)度方案可用；系統(tǒng)以工況組合作為模型的輸入，能夠在工況發(fā)生之前提前制定方案。

優(yōu)點(diǎn)在于，將復(fù)雜的能源調(diào)度問題轉(zhuǎn)化為設(shè)備的工況組合問題；提供通用的調(diào)度模型配置方案，并在模型中加入調(diào)整成本，以解決調(diào)整次數(shù)太頻繁的問題，提高了模型的實(shí)用性；模型的參數(shù)動(dòng)態(tài)可調(diào)，通過配置可適用于不同的生產(chǎn)環(huán)境；能夠針對不同時(shí)段(峰平谷時(shí)段和工況發(fā)生時(shí)段)給出相應(yīng)的調(diào)度方案，針對多種能源介質(zhì)給出相應(yīng)的調(diào)度方案；易于交互，模型結(jié)果解釋清晰易懂；將調(diào)度人員從微觀能源數(shù)據(jù)中解放出來，不斷積累各種工況場景下的最佳調(diào)度實(shí)踐，提高調(diào)度人員水平和反應(yīng)速度，將調(diào)度人員的工作從事故應(yīng)急式調(diào)度轉(zhuǎn)變?yōu)槌杀緝?yōu)化式調(diào)度，降低企業(yè)能源成本，提高生產(chǎn)穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為一種基于設(shè)備工況組合的能源調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2為工況組合工具示意圖。

圖3為一種基于設(shè)備工況組合的能源調(diào)度方法流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明是一種基于設(shè)備工況組合的能源調(diào)度系統(tǒng)的技術(shù)方案，包括設(shè)備工況定義管理模塊、模型參數(shù)配置模塊、調(diào)度模型模塊和優(yōu)化計(jì)算模塊這四個(gè)模塊，這四個(gè)模塊之間的關(guān)系如圖1所示，實(shí)施方式將根據(jù)這四個(gè)模塊執(zhí)行，具體實(shí)施步驟如下：

步驟一，從設(shè)備工況定義管理模塊定義的工況組合信息中得到的系統(tǒng)不平衡量和從現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)得到的當(dāng)前產(chǎn)耗量，作為優(yōu)化計(jì)算模塊的輸入。

首先，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃及檢修計(jì)劃獲得工況信息，每個(gè)工況包括工況發(fā)生的起止時(shí)間、能源介質(zhì)的初始值、結(jié)束值，和能源介質(zhì)的變化函數(shù)，通過工況類型和現(xiàn)場數(shù)據(jù)得到能源介質(zhì)的初始值和結(jié)束值。

然后，通過工況定義管理模塊將這些工況信息錄入到系統(tǒng)中，錄入系統(tǒng)的工況組合信息將通過可移動(dòng)的甘特圖展示，如圖2所示，甘特圖的橫坐標(biāo)軸為時(shí)間、縱坐標(biāo)軸為設(shè)備，甘特圖上每個(gè)圖塊表示設(shè)備的一種工況，圖塊寬度表示工況的持續(xù)時(shí)間，不同類型的工況通過圖塊上的顏色和文本進(jìn)行區(qū)分，可以橫向拖動(dòng)圖塊改變其開始、結(jié)束時(shí)間。

最后，根據(jù)錄入系統(tǒng)的工況組合信息和上述得到的公式計(jì)算系統(tǒng)的不平衡量。

步驟二，通過模型參數(shù)配置工具來配置調(diào)度模型，首先從本地系統(tǒng)載入之前配置好的模型，如沒配置過則生成新的配置文件，然后對變量、介質(zhì)參數(shù)、特殊約束分別進(jìn)行配置，最后在本地生成新的配置文件，并將設(shè)置好的參數(shù)和約束條件傳給調(diào)度模型模塊。

步驟三，調(diào)度模型模塊建立調(diào)度模型，根據(jù)步驟二生成的模型配置文件得到模型的參數(shù)變量和平衡約束，然后確定目標(biāo)函數(shù)及約束條件，并生成相應(yīng)的調(diào)度模型文件，由于優(yōu)化計(jì)算。

步驟四，由優(yōu)化計(jì)算模塊求解模型并給出調(diào)度方案和結(jié)果分析。首先，由步驟一定義的工況信息獲取系統(tǒng)的不平衡量以及獲取到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，作為模型的輸入，然后根據(jù)步驟二和三生成的模型文件，得到系統(tǒng)的模型，將輸入量帶入模型中求解，最后輸出調(diào)度方案，進(jìn)行優(yōu)化前后預(yù)期效果的對比和分析，并保存調(diào)度方案。

本發(fā)明按照上述四個(gè)步驟執(zhí)行，圖3展示了實(shí)施本發(fā)明的整個(gè)流程，包括：第一步，在設(shè)備工況定義管理模塊，根據(jù)設(shè)備類型、規(guī)格，以及原材料、產(chǎn)成品的類型、規(guī)格不同，定義各種工況以覆蓋設(shè)備的所有狀態(tài)，定義設(shè)備在某工況下發(fā)生、消耗能源介質(zhì)的種類以及數(shù)量隨時(shí)間的變化規(guī)律，并利用如圖2的甘特圖定義設(shè)備的工況組合，可以從生產(chǎn)排程計(jì)劃中導(dǎo)入生產(chǎn)設(shè)備的工況組合，或者直接從設(shè)備工況類型定義模塊中選擇設(shè)備工況進(jìn)行組合；第二步，在模型配置工具模塊對變量、介質(zhì)及約束條件進(jìn)行配置，確定變量的上下限、價(jià)格、調(diào)整成本等，以及介質(zhì)參數(shù)和特殊約束，將其保存并作為調(diào)度模型模塊的參數(shù)和約束條件；第三步，調(diào)度模型模塊設(shè)置目標(biāo)函數(shù)，并根據(jù)第二步設(shè)置的參數(shù)和約束條件，建立調(diào)度模型；第四步，載入由工況組合預(yù)測信息得到的系統(tǒng)不平衡量和從現(xiàn)場各個(gè)設(shè)備產(chǎn)生或消耗的數(shù)據(jù)得到的當(dāng)前產(chǎn)耗量作為模型的輸入；第五步，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)判斷平衡約束是否滿足、變量是否滿足約束，節(jié)點(diǎn)平衡、介質(zhì)平衡、變量滿足約束條件則進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，否則需要回到第二步檢查模型參數(shù)配置；第六步，在優(yōu)化計(jì)算模塊，以第四步載入的數(shù)據(jù)作為模型的輸入，用第三步建立的，模型進(jìn)行求解，如果求解失敗，需要回到第一步或第二步判斷工況或者配置是否正確，求解成功則輸出調(diào)度方案；第七步，將調(diào)度方案以圖表等方式展示，進(jìn)行結(jié)果分析和優(yōu)化效果的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，并保存調(diào)度方案。