[发明专利]基于炼油厂全厂调度离散时间建模方法

权利要求书

1.一种基于炼油厂全厂调度离散时间建模方法，其特征在于，所述建模方法是一种考虑生产模式过渡过程的炼油生产过程和存储控制的离散时间调度建模方法。把整个炼油厂系统划分为原油供应、炼油生产、成品油调和交付三个部分，基于离散时间，从生产装置的运行模式、生产装置运行模式的过渡过程的角度进行建模，按以下步骤建模： 

步骤1：问题描述 

首先对建模对象进行分析，分析出模型中的决策变量；将一个典型的炼油厂系统划分为三部分：第一部分是原油供应，假定来自原油储罐的原油供应是充足的；第二部分是生产装置，包括常压蒸馏装置(ATM)、减压蒸馏装置(VDU)、流化催化裂化装置(FCCU)、加氢精制装置(HTU)、加氢脱硫装置(HDS)、催化重整装置(RF)、醚化装置(ETH)和甲基叔丁基醚装置(MTBE)；第三部分是成品油调和及交付，该建模对象中有一种供应原油和八种成品油，其中包括五种汽油(JIV93、JIV97、GIII90、GIII93、GIII97)和三种柴油(GIII0、GIIIM10、GIV0)，假定成品油均存放于储油罐中，以最大限度地满足订单要求同时最小化总的生产成本代价为调度优化目标。 

步骤2：操作模式定义 

所述步骤1中不同炼油生产装置的操作模式不同，ATM和VDU装置具有汽油模式(G)和柴油模式(D)两种操作模式；FCCU、HDS和ETH装置具有汽油—汽油模式(GG)、汽油—柴油模式(GD)、柴 油—汽油模式(DG)和柴油—柴油模式(DD)四种操作模式；HTU1和HTU2装置具有苛刻操作模式(H)和温和操作模式(M)两种操作模式；RF和MTBE都仅有一种操作模式。 

步骤3：调度模型采用离散时间表述。 

先不考虑模式切换过渡过程，则在每个时刻点上，生产装置的操作模式和输入物料量、用于调和的组分油油量和成品油的交付量都是确定的，y_u,m,t表征生产装置u在时间间隔t内的操作模式是否为m； 

在调度模型中引入模式切换过渡过程后，需额外增加的决策变量：x_u,m,m',t表征生产装置u在不同的时间间隔t内是否处于从操作模式m到m'的模式切换过渡过程；C_u,m,m',t表征生产装置u在时间间隔t-1与时间间隔t之间是否有从操作模式m到m'的切换。 

步骤4：问题公式化‐构建数学模型 

基于离散时间表示的炼油厂全厂调度模型可构建为混合整数非线性规划(MINLP)数学模型，其具有各类必要的约束条件，包括： 

A运行模式切换约束：运行模式变量约束、模式切换变量约束、过渡过程变量约束和过渡过程保持时间约束；B物料平衡及容量、组分油调和及成品油交付的约束； 

步骤5：目标函数‐构建的调度模型 

炼油厂调度问题的目标函数是最小化炼油厂的生产成本、物料储存成本以及订单缺货惩罚费用，目标函数的数学表达式如下： 

minf＝minΣ_T(QI_ATM,tOPC+Σ_uΣ_mΣ_m'x_u,m,m',tQI_u,ttOpCost_u,m,m'+Σ_uΣ_m'y_u,m',t(1-Σ_mx_u,m,m',t)QI_u,tOpCost_u,m')                 (24)+Σ_tα(Σ_oINV_o,t+Σ_ocINV_oc,t)+Σ_lΣ_oβ_l(R_l,o-Σ_tD_l,o,t) 

QI_ATM,t为生产装置ATM处在时间间隔t内的输入流量； 

OPC为原油c的价格； 

tOpCost_u,m,m'为生产装置u在操作模式从m到m'的过渡过程中的操作成本； 

OpCost_u,m为生产装置u处于操作模式m的操作成本； 

α为每个时间间隔组分油和成品油的罐存成本； 

β_l为每个时间间隔对订单l交付延迟的惩罚因子。 

目标函数式中第一项是购买原油的成本费用，第二项和第三项是生产装置在过渡过程和稳态运行过程中操作成本，第四项是物料储存费用，第五项是订单缺货惩罚。 

混合整数非线性规划模型如下： 

(P0)： 

min f＝Σ_T(QI_ATM,tOPC+Σ_uΣ_mΣ_m'x_u,m,m',tQI_u,ttOpCost_u,m,m'+Σ_uΣ_m'y_u,m',t(1-Σ_mx_u,m,m',t)QI_u,tOpCost_u,m')+Σ_tα(Σ_oINV_o,t+Σ_ocINV_oc,t)+Σ_lΣ_oβ_l(R_l,o-Σ_tD_l,o,t) 

步骤6：模型线性化 

以上构建的调度模型(P0)中涉及有双线性项和三线性项，双线性项是一个二进制变量与一个连续变量的乘积，三线性项是两个二进制变量与一个连续变量的乘积，可以通过引入额外的辅助变量将这些项线性化； 

具体来说，步骤4中约束条件(7)和步骤5目标函数中都涉及 到相同的双线性项和三线性项；双线性项是x_u,m,m',tQI_u,t，其中，x_u,m,m',t是二进制变量，QI_u,t是连续变量；三线性项是y_u,m',t(1-Σ_mx_u,m,m',t)QI_u,t，由x_u,m,m',t的定义知，x_u,m,m',t＝1表示生产装置u在时间间隔t内处于从m至m'的切换过渡过程。因为生产装置在时间间隔t-1上的操作模式唯一，故Σ_mx_u,m,m',t的值不超过1，所以(1-Σ_mx_u,m,m',t)可以视为二进制变量，y_u,m',t是二进制变量，QI_u,t是连续变量。 

步骤7：线性化后的约束和目标函数 

如步骤5、6所述，生产装置流出口物料平衡约束和目标函数可重新书写如下： 

min f'＝minΣ_T(QI_ATM,tOPC+Σ_uΣ_mΣ_m'xQI_u,m,m',ttOpCost_u,m,m'+Σ_uΣ_m'xyQI_u,m',tOpCost_u,m') (24’)+Σ_tα(Σ_oINV_o,t+Σ_ocINV_oc,t)+Σ_lΣ_oβ_l(R_l,o-Σ_tD_l,o,t) 

则最终重构的离散时间混合整数非线性规划调度模型如下： 

(P1)： 

min f'＝Σ_T(QI_ATM,tOPC+Σ_uΣ_mΣ_m'xQI_u,m,m',ttOpCost_u,m,m'+Σ_uΣ_m'xyQI_u,m',tOpCost_u,m')+Σ_tα(Σ_oINV_o,t+Σ_ocINV_oc,t)+Σ_lΣ_oβ_l(R_l,o-Σ_tD_l,o,t)