本發(fā)明實(shí)施例涉及能源優(yōu)化調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法及裝置。

背景技術(shù)：

鋼鐵工業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中重要的基礎(chǔ)原材料工業(yè)之一，卻是能源消耗大戶，消耗的能源約占全國(guó)能源總消耗量的15％。高能源消耗不僅導(dǎo)致鋼鐵產(chǎn)品成本的增加,而且也意味著更多的污染和排放。能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控的目的是根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程能量使用環(huán)節(jié)和回收環(huán)節(jié)的情況，對(duì)能量轉(zhuǎn)換和輸配環(huán)節(jié)進(jìn)行合理調(diào)整，保證生產(chǎn)過(guò)程能量供需平衡并最大限度減少二次能源放散和能源外購(gòu)，以達(dá)到鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排，降低成本的目標(biāo)。

鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中消耗的一次能源和二次能源包括電、原煤、重油、柴油、煤氣、水、焦炭、蒸汽、氧氣、壓縮空氣等20余種。其中，煤氣、蒸汽和電力三種介質(zhì)之間的交互最為頻繁，關(guān)聯(lián)度最高,可調(diào)度性大。圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中典型鋼鐵企業(yè)煤氣-電力-系統(tǒng)的的整體架構(gòu)。一方面，煤氣可經(jīng)發(fā)電裝置將熱能轉(zhuǎn)換為電能，還可經(jīng)蒸汽動(dòng)力設(shè)備產(chǎn)生蒸汽輸入蒸汽管網(wǎng)；另一方面，部分能源轉(zhuǎn)換設(shè)備在發(fā)電的同時(shí)還承擔(dān)著向熱用戶提供不同品質(zhì)蒸汽的任務(wù)。因此，副產(chǎn)煤氣和蒸汽與電力的生產(chǎn)緊密相關(guān)，二者的數(shù)量大小和品質(zhì)均對(duì)電力生產(chǎn)的數(shù)量產(chǎn)生間接或直接的影響。由于這三種能源介質(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，這都使得能源優(yōu)化調(diào)度成為一個(gè)非常復(fù)雜的工程，僅依靠現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行計(jì)劃配置和調(diào)節(jié)運(yùn)行，很難保證整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，導(dǎo)致大量能源的浪費(fèi)。

目前，對(duì)于鋼鐵企業(yè)能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的研究大多仍集中于單一能源介質(zhì)子系統(tǒng)層面，如煤氣系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、氧氣系統(tǒng)等，并未廣泛開(kāi)展從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，把多種能源介質(zhì)作為一個(gè)整體進(jìn)行分析，忽略了不同能源之間的耦合關(guān)系，這種僅考慮某一種能源介質(zhì)得到的只是局部?jī)?yōu)化的方案，而無(wú)法保證全局的最優(yōu)平衡效果，顯然已無(wú)法支撐企業(yè)實(shí)現(xiàn)能耗成本最小的需求。因此，為了更準(zhǔn)確地描述鋼鐵企業(yè)能源系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，提供更為合理優(yōu)化調(diào)度方案，有必要綜合考慮各種能源介質(zhì)的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)多能源介質(zhì)特別是煤氣、蒸汽和電力這三種重要能源介質(zhì)的聯(lián)合優(yōu)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的高效、經(jīng)濟(jì)、有序運(yùn)行，最大限度地降低企業(yè)能源成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度分析方法及裝置，以實(shí)現(xiàn)多能源介質(zhì)的聯(lián)合優(yōu)化。

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法，所述方法包括：

獲取鋼鐵企業(yè)煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，其中，所述相關(guān)數(shù)據(jù)包括能源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及系統(tǒng)中各能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的特性參數(shù)；

確定所述煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)中各能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的性能模型；

確定分介質(zhì)能源管網(wǎng)模型；

設(shè)定整個(gè)優(yōu)化調(diào)度周期所包含的時(shí)段數(shù)，獲取能源優(yōu)化調(diào)度計(jì)算所需的輸入數(shù)據(jù)；

建立所述煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型，其中，所述優(yōu)化調(diào)度模型包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件；

采用混沌粒子群算法對(duì)所述聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型進(jìn)行求解，以得到整個(gè)所述煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)的煤氣分配、蒸汽和電力生產(chǎn)及外購(gòu)送電優(yōu)化方案；

生成最終各能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的燃料分配、蒸汽和電力生產(chǎn)、各生產(chǎn)用戶的能源分配和外購(gòu)送電優(yōu)化方案以及最優(yōu)綜合目標(biāo)函數(shù)指標(biāo)。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種多系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度裝置，所述裝置包括：

數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取鋼鐵企業(yè)煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，其中，所述相關(guān)數(shù)據(jù)包括能源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及系統(tǒng)中各能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的特性參數(shù)；

性能模型確定模塊，用于確定所述煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)中各能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的性能模型；

管網(wǎng)模型確定模塊，用于確定分介質(zhì)能源管網(wǎng)模型；

時(shí)段數(shù)設(shè)定模塊，用于設(shè)定整個(gè)優(yōu)化調(diào)度周期所包含的時(shí)段數(shù)，獲取能源優(yōu)化調(diào)度計(jì)算所需的輸入數(shù)據(jù)；

調(diào)度模型建立模塊，用于建立所述煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型，其中，所述優(yōu)化調(diào)度模型包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件；

模型求解模塊，用于采用混沌粒子群算法對(duì)所述聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型進(jìn)行求解，以得到整個(gè)所述煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)的煤氣分配、蒸汽和電力生產(chǎn)及外購(gòu)送電優(yōu)化方案；

方案生成模塊，用于生成最終各能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的燃料分配、蒸汽和電力生產(chǎn)、各生產(chǎn)用戶的能源分配和外購(gòu)送電優(yōu)化方案以及最優(yōu)綜合目標(biāo)函數(shù)指標(biāo)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的多系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法及裝置，通過(guò)在構(gòu)建各能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的性能模型中考慮了燃料、負(fù)荷以及操作條件的變化對(duì)效率的影響，采用數(shù)據(jù)多參數(shù)非線性擬合處理技術(shù)，反映了各設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)內(nèi)含的非線性特性，提高了模型的準(zhǔn)確性與代表性；在構(gòu)建優(yōu)化調(diào)度模型中綜合考慮了燃料價(jià)格、分時(shí)電價(jià)、煤氣放散懲罰、煤氣柜波動(dòng)及鍋爐噴嘴開(kāi)關(guān)變化對(duì)系統(tǒng)能源成本的影響，同時(shí)考慮了各生產(chǎn)單元能源需求約束、設(shè)備能力約束、關(guān)口功率約束、鍋爐噴嘴約束、煤氣柜安全約束以及變負(fù)荷速率限制等各種約束條件，保證了能源優(yōu)化調(diào)度方案的可執(zhí)行性；同時(shí)，本發(fā)明提出一種混沌粒子粒子群算法對(duì)所建優(yōu)化模型進(jìn)行求解，能夠很好解決多能源介質(zhì)集成優(yōu)化調(diào)度具有髙維數(shù)、非凸、非線性、多約束的問(wèn)題，并且能夠克服標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法易陷入局部收斂和早熟的缺點(diǎn)，能夠?yàn)槟茉聪到y(tǒng)尋求最經(jīng)濟(jì)的煤氣分配、蒸汽和電力生產(chǎn)及外購(gòu)送電方案，實(shí)現(xiàn)煤氣、蒸汽和電力在能源使用、發(fā)生、轉(zhuǎn)換和輸配各環(huán)節(jié)全過(guò)程的集成協(xié)調(diào)與優(yōu)化分配，從而降低企業(yè)能耗和能源成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)的整體架構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的多系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法的流程圖；

圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的多系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法中性能模型確定的流程圖；

圖4是本發(fā)明第三實(shí)施例提供的多系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法中模型求解的流程圖；

圖5是本發(fā)明第四實(shí)施例提供的多系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度裝置的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明?？梢岳斫獾氖牵颂幩枋龅木唧w實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的限定。另外還需要說(shuō)明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部結(jié)構(gòu)。

第一實(shí)施例

本實(shí)施例提供了多系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法的一種技術(shù)方案。

參見(jiàn)圖2，多系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法包括：

S21，獲取鋼鐵企業(yè)煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，包括能源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及系統(tǒng)中各能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的特性參數(shù)。所述各能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的特性參數(shù)包括負(fù)荷最大值、負(fù)荷最小值、最大升負(fù)荷速度、最大降負(fù)荷速度、設(shè)備正常操作范圍、煤氣摻燒比例上限、混合煤氣熱值下限等參數(shù)以及設(shè)備初始運(yùn)行狀態(tài)。

S22，確定鋼鐵企業(yè)煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)中各能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的性能模型。

S23，確定分介質(zhì)能源管網(wǎng)模型。獲取煤氣、蒸汽和電力各能源介質(zhì)的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、輸配信息，分別對(duì)各能源介質(zhì)主管網(wǎng)進(jìn)行編號(hào)，按照能源介質(zhì)的流動(dòng)方向，采用圖論的有向圖原理，通過(guò)關(guān)聯(lián)矩陣(樹(shù)枝矩陣，連枝矩陣)和基本回路矩陣將管網(wǎng)圖(枝狀網(wǎng)與環(huán)狀網(wǎng)混合)信息數(shù)據(jù)化，并與能源生產(chǎn)和消耗節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，構(gòu)建分介質(zhì)能源管網(wǎng)模型。

S24，設(shè)定整個(gè)優(yōu)化調(diào)度周期所包含的時(shí)段數(shù)，獲取能源優(yōu)化調(diào)度計(jì)算所需的輸入數(shù)據(jù)：包括調(diào)度周期內(nèi)各種能源介質(zhì)的供需預(yù)測(cè)曲線、生產(chǎn)和檢修計(jì)劃、各生產(chǎn)用戶的能源需求預(yù)測(cè)曲線、電力峰谷時(shí)段及價(jià)格、外購(gòu)送電計(jì)劃等數(shù)據(jù)。

S25，建立鋼鐵企業(yè)煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型。所述優(yōu)化調(diào)度模型包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件。

所述目標(biāo)函數(shù)為：以全周期內(nèi)整個(gè)鋼鐵企業(yè)煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)總運(yùn)行費(fèi)用最小為目標(biāo)函數(shù)，具體包括外購(gòu)燃料費(fèi)用、鍋爐給水費(fèi)用、煤氣柜位波動(dòng)成本(氣柜容量超限和偏離正常容量的懲罰)、煤氣放散懲罰費(fèi)用、鍋爐點(diǎn)火器開(kāi)關(guān)變化成本、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用、電能供給不足時(shí)的外購(gòu)電費(fèi)以及電能富余時(shí)的外送電收益。

式中，T為一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)所包含的時(shí)段數(shù)目，I，J，K和M分別表示鍋爐，汽輪機(jī)、熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備以及余熱余能發(fā)電設(shè)備的數(shù)目，G表示副產(chǎn)煤氣的數(shù)目，τ表示每個(gè)操作時(shí)段的工作時(shí)間；C^ng，C^coal，C^oil和C^w分別表示外購(gòu)天然氣，動(dòng)力煤，重油以及鍋爐給水的單位價(jià)格；和分別表示設(shè)備i在t時(shí)段的天然氣消耗量，動(dòng)力煤消耗量，重油消耗量以及用水量；為煤氣柜中煤氣g放散的處罰權(quán)重，表示煤氣柜中煤氣g在t時(shí)段的放散量；和為g煤氣柜的柜位超出正常波動(dòng)范圍上限和下限的處罰權(quán)重，和分別表示g煤氣柜的柜位超出正常波動(dòng)范圍上限和下限的數(shù)量；和分別表示g煤氣柜的柜位偏離最佳位置上限和下限的處罰權(quán)重，和分別表示g煤氣柜的柜位偏離最佳位置上限和下限的數(shù)量；表示鍋爐點(diǎn)火器開(kāi)關(guān)變化的處罰權(quán)重，ΔN_i,g,t表示鍋爐中所有點(diǎn)火器的開(kāi)關(guān)變化數(shù)量；和分別表示同一鍋爐中煤氣g的兩個(gè)和三個(gè)點(diǎn)火器同時(shí)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換的處罰權(quán)重；為二進(jìn)制變量，分別代表在t時(shí)段同一鍋爐中煤氣g的兩個(gè)點(diǎn)火器同時(shí)打開(kāi)，同時(shí)關(guān)閉，三個(gè)點(diǎn)火器同時(shí)打開(kāi)，同時(shí)關(guān)閉的狀態(tài)；和F_i,t分別表示產(chǎn)汽設(shè)備i的設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用(包括設(shè)備折舊、維修費(fèi)用，人工薪酬等)以及在t時(shí)段的蒸汽產(chǎn)量，和P_j,t分別表示發(fā)電設(shè)備j的設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用(包括設(shè)備折舊、維修費(fèi)用，人工薪酬等)以及在t時(shí)段的發(fā)電量；表示在t時(shí)段企業(yè)內(nèi)網(wǎng)與大電網(wǎng)的關(guān)口傳輸功率，δ_t表示外網(wǎng)在t時(shí)段的供電狀態(tài)，δ_t為0,1量表征有無(wú)外供電，為t時(shí)段的外購(gòu)電價(jià)，為t時(shí)段的外送電價(jià)。

所述約束條件包括：設(shè)備性能模型、系統(tǒng)能源平衡約束、設(shè)備能力約束、機(jī)組負(fù)荷變化速率約束、燃料消耗范圍、混合煤氣熱值下限要求等約束條件。

1)系統(tǒng)能源平衡約束

電力平衡約束：

蒸汽平衡約束：

煤氣平衡約束：

式中，r表示蒸汽等級(jí)編號(hào)，上標(biāo)in和out分別代表物流進(jìn)入和流出，F(xiàn)表示蒸汽流量或煤氣流量，P為發(fā)電功率，分別表示在t時(shí)段的電力需求量和r等級(jí)蒸汽需求量，V_g,t表示g煤氣柜在t時(shí)段的柜位，表示在t時(shí)段的副產(chǎn)煤氣g的發(fā)生總量，F(xiàn)_u,g,t為生產(chǎn)用戶u在t時(shí)段內(nèi)的副產(chǎn)煤氣g的消耗量。

2)設(shè)備能力約束

鍋爐能力約束：

汽輪機(jī)能力約束：

熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備能力約束：

余熱余能發(fā)電設(shè)備能力約束：

式中，min和max分別表示最小值和最大值。

3)鍋爐噴嘴約束

式中，表示在t時(shí)段內(nèi)鍋爐i中煤氣g消耗量變化值；表示鍋爐i中煤氣g點(diǎn)火器的單位變化量；表示在t時(shí)段內(nèi)鍋爐i打開(kāi)的點(diǎn)火器開(kāi)關(guān)數(shù)量；表示在t時(shí)段內(nèi)鍋爐i關(guān)閉的點(diǎn)火器開(kāi)關(guān)數(shù)量。

4)煤氣柜操作約束

式中，和分別表示g煤氣柜的柜位下下限，上上限，下限和上限。

5)機(jī)組負(fù)荷變化速率約束

-DR_j≤P_j,t-P_j,t-1≤UR_j (26)

-DR_k≤P_k,t-P_k,t-1≤UR_k (27)

-DR_m≤P_m,t-P_m,t-1≤UR_m (28)

式中，UR和DR為機(jī)組在一個(gè)時(shí)段內(nèi)能增加的最大負(fù)荷和能減小的最大負(fù)荷。

6)混合煤氣摻燒熱值約束

式中，表示鍋爐i對(duì)混合煤氣的熱值下限要求，H_g表示副產(chǎn)煤氣g的熱值。

7)生產(chǎn)用戶用能要求

式中，H_u,t表示生產(chǎn)用戶u在t時(shí)段所使用的混合煤氣的熱值，為生產(chǎn)用戶u在t時(shí)段的能量需求。

8)關(guān)口交換功率約束

式中，P^tie,min和P^tie,max分別表示企業(yè)內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)關(guān)口交換功率的下限和上限。

S26，采用一種混沌粒子群算法對(duì)上步所建優(yōu)化調(diào)度模型進(jìn)行求解，以得到整個(gè)煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)的煤氣分配、蒸汽和電力生產(chǎn)及外購(gòu)送電優(yōu)化方案。

S27，生成最終各能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的燃料分配、蒸汽和電力生產(chǎn)、各生產(chǎn)用戶的能源分配和外購(gòu)送電優(yōu)化方案以及最優(yōu)綜合目標(biāo)函數(shù)指標(biāo)。

采用本發(fā)明提出的多能源系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法，可以為鋼鐵企業(yè)提供未來(lái)數(shù)個(gè)調(diào)度周期內(nèi)煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方案，包括煤氣在整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)和能源系統(tǒng)的分配方案，蒸汽在各能源轉(zhuǎn)換設(shè)備間的生產(chǎn)調(diào)度，以及電力在各發(fā)電設(shè)備和外網(wǎng)間的生產(chǎn)調(diào)度和外購(gòu)策略；本發(fā)明綜合考慮了燃料價(jià)格、分時(shí)電價(jià)、煤氣放散懲罰、煤氣柜波動(dòng)及鍋爐噴嘴開(kāi)關(guān)變化對(duì)于能源系統(tǒng)運(yùn)行成本的影響，以全周期整個(gè)集成能源系統(tǒng)總運(yùn)行成本最小為目標(biāo)函數(shù)，以各生產(chǎn)單元能源需求約束、設(shè)備能力約束、關(guān)口功率約束、鍋爐噴嘴約束、煤氣柜安全約束以及變負(fù)荷速率限制等為約束條件，建立了鋼鐵企業(yè)煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型，并采用智能優(yōu)化算法迭代求解獲煤氣、蒸汽和電力三種介質(zhì)全過(guò)程優(yōu)化分配方案，有效解決了鋼鐵企業(yè)多能源介質(zhì)集成優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題。

第二實(shí)施例

本實(shí)施例以本發(fā)明上述實(shí)施例為基礎(chǔ)，進(jìn)一步的提供了多系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法中性能模型確定的一種技術(shù)方案。在該技術(shù)方案中，確定所述煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)中各能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的性能模型包括：從分立信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中獲取建立所述能源轉(zhuǎn)換設(shè)備性能模型所需的初始數(shù)據(jù)；對(duì)所述初始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，結(jié)合設(shè)備設(shè)計(jì)工況圖和熱力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制所述能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的工況運(yùn)行特性曲線；根據(jù)所繪制的特性曲線的特點(diǎn)，采用基于數(shù)據(jù)的多參數(shù)非線性擬合處理技術(shù)，構(gòu)建所述能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的性能模型。

參見(jiàn)圖3，確定所述煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)中各能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的性能模型包括：

S31，從DCS、EMS等系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中獲取建立鋼鐵企業(yè)能源系統(tǒng)中各能源轉(zhuǎn)換設(shè)備性能模型所需的初始數(shù)據(jù)，包括鍋爐的動(dòng)力煤氣耗量、副產(chǎn)煤氣消耗量和產(chǎn)汽量，汽輪機(jī)的進(jìn)汽量、發(fā)電量和抽汽量，熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備的燃料消耗量、發(fā)電量和抽汽量，余熱發(fā)電設(shè)備進(jìn)汽量(或回收熱能)、發(fā)電量和抽汽量的歷史數(shù)據(jù)；副產(chǎn)煤氣熱值，各等級(jí)蒸汽溫度和壓力，以及外購(gòu)燃料的熱值和價(jià)格。

S32，對(duì)上述初始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理(預(yù)處理方法包括但不限于局外點(diǎn)檢測(cè)算法、線性平滑算法或標(biāo)準(zhǔn)化算法)，結(jié)合設(shè)備設(shè)計(jì)工況圖和熱力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制各設(shè)備不同工況運(yùn)行特性曲線(能耗特性曲線或汽耗特性曲線)。

S33，根據(jù)所繪制的特性曲線的特點(diǎn)，采用基于數(shù)據(jù)的多參數(shù)非線性擬合處理技術(shù)，構(gòu)建能源系統(tǒng)各設(shè)備的性能模型，其模型表達(dá)式如下：

第i臺(tái)多燃料混燒鍋爐：

第j臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)(抽汽背壓式或抽汽凝汽式)：

背壓式模型：

抽汽式模型：

第k臺(tái)熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備(摻燒煤氣燃煤鍋爐-蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組或燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組)：

第m臺(tái)余熱余能發(fā)電設(shè)備(如干熄焦發(fā)電、燒結(jié)余熱發(fā)電、高爐爐頂余壓發(fā)電)：

式中，q表示燃料種類編號(hào)，r表示蒸汽等級(jí)編號(hào)，上標(biāo)in和out分別代表物流進(jìn)入和流出，F(xiàn)表示燃料消耗量或蒸汽流量，P為發(fā)電功率，H為燃料的低位發(fā)熱值或蒸汽的焓值，E為回收的蒸汽或余能中可利用的能量，α，β，γ，μ，λ，ν，φ和σ為設(shè)備模型的回歸系數(shù)。

本實(shí)施例通過(guò)初始數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)預(yù)處理、曲線繪制，以及模型擬合，實(shí)現(xiàn)了多系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法中的性能模型確定。

第三實(shí)施例

本實(shí)施例以本發(fā)明上述實(shí)施例為基礎(chǔ)，進(jìn)一步的提供了多系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法中模型求解的一種技術(shù)方案。在該技術(shù)方案中，采用混沌粒子群算法對(duì)所述聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型進(jìn)行求解，以得到整個(gè)所述煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)的煤氣分配、蒸汽和電力生產(chǎn)及外購(gòu)送電優(yōu)化方案包括：設(shè)置粒子群體規(guī)模、迭代次數(shù)、控制參數(shù)及優(yōu)化變量范圍；初始化粒子種群；構(gòu)建適應(yīng)度函數(shù)；計(jì)算當(dāng)前種群各粒子的適應(yīng)度值，并確定各粒子的個(gè)體極值和整個(gè)粒子群的全局極值；更新控制參數(shù)，其中，所述控制參數(shù)包括慣性權(quán)重和加速因子；更新當(dāng)前種群的每個(gè)粒子的速度和位置；判斷種群個(gè)體是否滿足設(shè)備能力約束、生產(chǎn)用戶能源需求約束及關(guān)口功率約束；若種群個(gè)體滿足設(shè)備能力約束、生產(chǎn)用戶能源需求約束及關(guān)口功率約束，判斷種群個(gè)體是否滿足機(jī)組的爬坡速率約束；若種群個(gè)體不滿足爬坡速率約束，采用啟發(fā)式方法進(jìn)行機(jī)組爬坡約束的修復(fù)；若種群個(gè)體滿足爬坡速率約束，采用自適應(yīng)變異機(jī)制進(jìn)行種群變異；更新個(gè)體極值和全局極值；判斷是否達(dá)到迭代停止條件，如滿足，則最后一次迭代的全局極值中每一維的權(quán)值即為所求結(jié)果。

參見(jiàn)圖4，采用混沌粒子群算法對(duì)所述聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型進(jìn)行求解，以得到整個(gè)所述煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)的煤氣分配、蒸汽和電力生產(chǎn)及外購(gòu)送電優(yōu)化方案包括：

S401，設(shè)置粒子群體規(guī)模、迭代次數(shù)、控制參數(shù)及優(yōu)化變量范圍。

S402，初始化種群。群體中每個(gè)粒子都是該優(yōu)化問(wèn)題的一個(gè)解決方案，即由一組決策變量組成，具體包括各能源設(shè)備的輸入量與輸出量(包括燃料消耗量、進(jìn)汽量、產(chǎn)汽量、抽汽量、發(fā)電量等)、關(guān)口功率以及各生產(chǎn)用戶的能源分配量。初始化種群，即在各決策變量可行域變化范圍內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)初始種群。

S403，構(gòu)建適應(yīng)度函數(shù)。粒子群算法的優(yōu)化目標(biāo)是找到具有最優(yōu)適應(yīng)度值的個(gè)體，為了實(shí)現(xiàn)個(gè)體的優(yōu)化選擇，同時(shí)使優(yōu)化結(jié)果滿足設(shè)備性能模型等式約束，故定義適應(yīng)度函數(shù)為目標(biāo)函數(shù)和罰函數(shù)之和。其中，用于處理設(shè)備性能模型等式約束的罰函數(shù)，定義如下：

S404，計(jì)算當(dāng)前種群各粒子的適應(yīng)度值，并確定各粒子的個(gè)體極值和整個(gè)粒子群的全局極值。

S405，更新控制參數(shù)，即慣性權(quán)重和加速因子。為了增強(qiáng)算法的全局收斂能力，減少陷入局部極值的可能性，在每次迭代過(guò)程中利用混沌的遍歷性搜索來(lái)進(jìn)行慣性權(quán)重的調(diào)整，即慣性權(quán)重W將會(huì)隨著迭代次數(shù)的增加而按照混沌模型逐漸減小。此外，加速因子c₁采用線性遞減，c₂線性遞增的策略，這樣進(jìn)一步加強(qiáng)粒子向全局最優(yōu)點(diǎn)的收斂能力。

S406，更新當(dāng)前種群的每個(gè)粒子的速度和位置。

S407，判斷種群個(gè)體是否滿足設(shè)備能力約束、生產(chǎn)用戶能源需求約束及關(guān)口功率約束，若滿足，則轉(zhuǎn)操作S408；若不滿足，則采用下面?zhèn)未a對(duì)得到不可行方案(即不滿足約束條件的個(gè)體)進(jìn)行處理：

IF Y<Y^min THEN

IFTHEN

其中，Y_i表示第i個(gè)決策變量。

S408，判斷種群個(gè)體是否滿足機(jī)組的爬坡速率約束，若滿足，則轉(zhuǎn)操作S409；若不滿足，則對(duì)得到不可行方案(不滿足約束條件的個(gè)體)，采用啟發(fā)式方法進(jìn)行機(jī)組爬坡約束的修復(fù)。

所述啟發(fā)式修正策略處理極值爬坡速率約束過(guò)程，包括如下步驟：

1)初始化發(fā)電機(jī)組編號(hào)j＝1。

2)確定發(fā)電機(jī)j在時(shí)段t的有功出力上限和下限如果t＝1，和否則，和

3)判讀發(fā)電機(jī)j在時(shí)段t的有功出力P_j,t是否滿足發(fā)電機(jī)的容量和爬坡約束。如果不滿足，那么根據(jù)以下公式做進(jìn)一步的修正。

4)如果j≤N_G(其中，N_G表示發(fā)電機(jī)數(shù)目)，那么j＝j(luò)+1，并跳轉(zhuǎn)到步驟2)。

5)啟發(fā)式修正過(guò)程結(jié)束。

S409，變異。為了增加種群的多樣性，采用自適應(yīng)變異機(jī)制。首先，對(duì)種群中的每個(gè)個(gè)體，根據(jù)差分變異和高斯變異兩種不同變異算子產(chǎn)生兩個(gè)不同的變異向量。然后，將這兩個(gè)變異向量所對(duì)應(yīng)的適應(yīng)值和當(dāng)前個(gè)體的新適應(yīng)值進(jìn)行比較，根據(jù)貪婪原則選擇適應(yīng)度最優(yōu)者作為下一代。

S410，更新個(gè)體極值和全局極值。為了選擇適應(yīng)度最優(yōu)個(gè)體作為下一代，同時(shí)滿足能源平衡約束，采用基于可行規(guī)則的方法處理能源平衡約束，進(jìn)行支配關(guān)系判斷，并實(shí)現(xiàn)個(gè)體極值和全局極值的更新。

所述的基于可行性規(guī)則的約束處理和極值更新過(guò)程，包括如下步驟如下：

1)設(shè)t代表粒子群算法迭代次數(shù)，令t＝1；

2)設(shè)置i代表個(gè)體序號(hào)，i＝1；

3)設(shè)定Pbest_i(t)表示種群個(gè)體i在第t迭代中的個(gè)體最好位置，判斷Pbest_i(t)是否滿足系統(tǒng)能源平衡約束條件，若不滿足，計(jì)算其約束違反量。其中，約束條件違反量計(jì)算函數(shù)定義如下：

4)設(shè)定Y_i(t+1)表示種群個(gè)體i在第t+1迭代中的個(gè)體位置，判斷其是否滿足能源平衡約束。如果滿足系統(tǒng)能源平衡約束則標(biāo)記為可行解；否則，標(biāo)記為不可行解，并計(jì)算其系統(tǒng)能源平衡約束條件違反值F_V(Y_i(t+1))。

5)根據(jù)可行性規(guī)則，將個(gè)體極值Pbest_i(t)和Y_i(t+1)進(jìn)行比較，如果符合以下三個(gè)條件之一，則更新Pbest_i(t)，即Pbest_i(t+1)＝Y(jié)_i(t+1)；否則Pbest_i(t+1)＝Pbest_i(t)。具體條件如下：

①Pbest_i(t)和Y_i(t+1)均為可行解，且Y_i(t+1)的適應(yīng)度值優(yōu)于Pbest_i(t)的適應(yīng)度值；

②X_i(t+1)為可行解，Pbest_i(t)為不可行解；

③若Pbest_i(t)和Y_i(t+1)都是不可行解，且Y_i(t+1)的約束條件違反量小于Pbest_i(t)的違反量，即F_V(Y_i(t+1))<F_V(Pbest_i(t))。

6)假定Gbest(t)表示在第t迭代中種群最好位置，判斷Gbest(t)是否滿足能源平衡約束條件，若不滿足，計(jì)算其約束調(diào)節(jié)違反量F_V(Gbest(t))。

7)同樣，根據(jù)可行性規(guī)則，將個(gè)體極值Pbest_i(t)和種群極值Gbest(t)進(jìn)行比較，如果符合以下三個(gè)條件之一，則更新Gbest(t)，即Gbest(t+1)＝Pbest_i(t)，否則Gbest(t+1)＝Gbest_i(t)。具體條件如下：

①Gbest(t)和Pbest_i(t)均為可行解，且Pbest_i(t)的適應(yīng)度值優(yōu)于Gbest(t)的適應(yīng)度值；

②Pbest_i(t)為可行解，Gbest(t)為不可行解；

③若Gbest(t)和Pbest_i(t)都是不可行解，且Pbest_i(t)的約束條件違反量小于Gbest(t)的違反量值，即F_V(Pbest_i(t))<F_V(Gbest(t))。

8)i＝i+1，判斷是否遍歷種群，若已遍歷則轉(zhuǎn)至步驟9)，否則轉(zhuǎn)至步驟3)。

9)t＝t+1。判斷是粒子群算法是否達(dá)到最大迭代次數(shù)，若達(dá)到則轉(zhuǎn)至步驟10)，否則轉(zhuǎn)至步驟3)。

S411，判斷是否達(dá)到迭代停止條件，如滿足，則最后一次迭代的全局極值中每一維的權(quán)值即為所求的；若不滿足，轉(zhuǎn)向操作S405，算法繼續(xù)迭代，直至滿足條件。

本實(shí)施例通過(guò)根據(jù)混沌粒子群算法對(duì)構(gòu)建的所述聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型進(jìn)行求解，實(shí)現(xiàn)了模型求解操作。

第四實(shí)施例

本實(shí)施例提供了多系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度裝置的一種技術(shù)方案。參見(jiàn)圖5，所述多系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度裝置包括：數(shù)據(jù)獲取模塊51、性能模型確定模塊52、管網(wǎng)模型確定模塊53、時(shí)段數(shù)設(shè)定模塊54、調(diào)度模型建立模塊55、模型求解模塊56，以及方案生成模塊57。

所述數(shù)據(jù)獲取模塊51用于獲取鋼鐵企業(yè)煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，其中，所述相關(guān)數(shù)據(jù)包括能源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及系統(tǒng)中各能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的特性參數(shù)。

所述性能模型確定模塊52用于確定所述煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)中各能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的性能模型。

所述管網(wǎng)模型確定模塊53用于確定分介質(zhì)能源管網(wǎng)模型。

所述時(shí)段數(shù)設(shè)定模塊54用于設(shè)定整個(gè)優(yōu)化調(diào)度周期所包含的時(shí)段數(shù)，獲取能源優(yōu)化調(diào)度計(jì)算所需的輸入數(shù)據(jù)。

所述調(diào)度模型建立模塊55用于建立所述煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型，其中，所述優(yōu)化調(diào)度模型包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件。

所述模型求解模塊56用于采用混沌粒子群算法對(duì)所述聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型進(jìn)行求解，以得到整個(gè)所述煤氣-蒸汽-電力系統(tǒng)的煤氣分配、蒸汽和電力生產(chǎn)及外購(gòu)送電優(yōu)化方案。

所述方案生成模塊57用于生成最終各能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的燃料分配、蒸汽和電力生產(chǎn)、各生產(chǎn)用戶的能源分配和外購(gòu)送電優(yōu)化方案以及最優(yōu)綜合目標(biāo)函數(shù)指標(biāo)。

進(jìn)一步的，所述性能模型確定模塊52包括：初始數(shù)據(jù)獲取單元、曲線繪制單元，以及模型構(gòu)建單元。

所述初始數(shù)據(jù)獲取單元用于從分立信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中獲取建立所述能源轉(zhuǎn)換設(shè)備性能模型所需的初始數(shù)據(jù)。

所述曲線繪制單元用于對(duì)所述初始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，結(jié)合設(shè)備設(shè)計(jì)工況圖和熱力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制所述能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的工況運(yùn)行特性曲線。

所述模型構(gòu)建單元用于根據(jù)所繪制的特性曲線的特點(diǎn)，采用基于數(shù)據(jù)的多參數(shù)非線性擬合處理技術(shù)，構(gòu)建所述能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的性能模型。

進(jìn)一步的，所述模型求解模塊56包括：參數(shù)設(shè)置單元、種群初始化單元、函數(shù)構(gòu)造單元、適應(yīng)度計(jì)算單元、參數(shù)更新單元、速度位置更新單元、第一約束判斷單元、第二約束判斷單元、修復(fù)單元、變異單元、極值更新單元，以及計(jì)算停止單元。

所述參數(shù)設(shè)置單元用于設(shè)置粒子群體規(guī)模、迭代次數(shù)、控制參數(shù)及優(yōu)化變量范圍；所述種群初始化單元用于初始化粒子種群。

所述函數(shù)構(gòu)造單元用于構(gòu)建適應(yīng)度函數(shù)。

所述適應(yīng)度計(jì)算單元用于計(jì)算當(dāng)前種群各粒子的適應(yīng)度值，并確定各粒子的個(gè)體極值和整個(gè)粒子群的全局極值。

所述參數(shù)更新單元用于更新控制參數(shù)，其中，所述控制參數(shù)包括慣性權(quán)重和加速因子。

所述速度位置更新單元用于更新當(dāng)前種群的每個(gè)粒子的速度和位置。

所述第一約束判斷單元用于判斷種群個(gè)體是否滿足設(shè)備能力約束、生產(chǎn)用戶能源需求約束及關(guān)口功率約束。

所述第二約束判斷單元用于當(dāng)種群個(gè)體滿足設(shè)備能力約束、生產(chǎn)用戶能源需求約束及關(guān)口功率約束之時(shí)，判斷種群個(gè)體是否滿足機(jī)組的爬坡速率約束。

所述修復(fù)單元用于當(dāng)種群個(gè)體不滿足爬坡速率約束之時(shí)，采用啟發(fā)式方法進(jìn)行機(jī)組爬坡約束的修復(fù)。

所述變異單元用于若種群個(gè)體滿足爬坡速率約束，采用自適應(yīng)變異機(jī)制進(jìn)行種群變異。

所述極值更新單元用于更新個(gè)體極值和全局極值。

所述計(jì)算停止單元用于判斷是否達(dá)到迭代停止條件，如滿足，則最后一次迭代的全局極值中每一維的權(quán)值即為所求結(jié)果。

進(jìn)一步的，所述修復(fù)單元具體用于：初始化發(fā)電機(jī)組編號(hào)；確定發(fā)電機(jī)在確定時(shí)段的有功出力上限和下限；判讀發(fā)電機(jī)在確定時(shí)段的有功出力是否滿足發(fā)電機(jī)的容量和爬坡約束。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明的各模塊或各步驟可以用通用的計(jì)算裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，它們可以集中在單個(gè)計(jì)算裝置上，或者分布在多個(gè)計(jì)算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，他們可以用計(jì)算機(jī)裝置可執(zhí)行的程序代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而可以將它們存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中由計(jì)算裝置來(lái)執(zhí)行，或者將它們分別制作成各個(gè)集成電路模塊，或者將它們中的多個(gè)模塊或步驟制作成單個(gè)集成電路模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的硬件和軟件的結(jié)合。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明可以有各種改動(dòng)和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。