[发明专利]一种确定钢铁企业能源综合调度可行解的方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁企业能源调度技术领域，尤其涉及一种确定钢铁企业能源综合调度可行解的方法。

背景技术

钢铁工业是国民经济的基础性支柱产业，同时又是资源、能源密集型产业。能源消耗是决定钢铁工业生产成本和利润的重要因素，也是影响环境负荷的主要原因。一方面，钢铁企业生产流程长，工序、设备繁多，各工序间相互衔接，且每种工序、设备都与多种能源介质关联；另一方面，钢铁企业需要用到的能源种类超过20种，这些能源介质不仅各自存在产耗、储存、缓冲和输配等多种形态，而且相互之间有着复杂的转换、替代等关联关系，这都使得整个钢铁企业能源系统网络结构紧密耦合、错综复杂。因此，对钢铁企业能源系统的研究具有理论和现实两方面的重要意义。

目前，规模在300万t以上钢铁企业的能源调度大都具备了较好的网络和数据等硬件基础条件，不同程度地实现了能源集中监视，以及能源调度与生产调度的信息共享，但仍然存在一些不可忽视的关键问题，名称为“钢铁企业能源中心的现状与发展趋势”(作者：张玉庆，徐化岩；冶金自动化，2011,35(4):15-19.)的文献中明确指出：对单一能源介质的调度模型研究较多，多介质协同调度研究较少，而单介质优化无法解决系统优化问题，甚至出现不满足其他介质约束而使优化结果无效的情形。

对于钢铁企业能源综合调度问题而言，针对包含钢铁企业三种主要的能源介质：副产煤气、蒸汽和电力及其他介质的多能源综合调度中，存在着大量的线性和非线性、等式和不等式约束条件，如各种能源产耗、储存、缓冲、输配和转换等单元设备需满足工艺约束，每种能源介质自身还需满足动态平衡约束等。对这种复杂的强约束问题，如果没有一个好的约束处理机制作为支撑，在求解计算过程中，出现违反约束的不可行解的概率是非常大的，可以说，此时获得一个可行解的难度将不亚于搜索到全局最优解的难度。可行解难以获取的窘境不仅会降低能源综合调度问题求解计算的速度和效率，将大量的计算时间和资源消耗在可行解的搜索任务上，还可能导致求解过程不收敛，无法输出可行/最优的调度方案，严重影响能源调度与生产计划的实施。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种确定钢铁企业能源综合调度可行解的方法，以解决现有技术难以获得钢铁企业能源综合调度可行解的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种确定钢铁企业能源综合调度可行解的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，根据钢铁企业能源系统网络拓扑结构建立其对应的能源介质管网信息集E、单元设备信息集Ψ和所述单元设备信息集中每个单元设备的输入或输出变量对应的变量集X；

所述单元设备信息集为系统中可调度的关键设备和其他公辅设备，包括：煤气混合站、煤气加压站、煤气柜、煤气放散塔、锅炉、蒸汽轮机和减温减压阀单元设备；

步骤2，判断所述变量集中无直接关联的单元设备或者不能根据已知的输入/输出变量计算得到的变量或者不能依据其它的功/能量/热量守恒或物料/质量守恒定律间接计算得到的变量为自由变量，构建自由变量集X′；

步骤3，分别确定煤气能源介质和蒸汽及电力能源介质对应的单元设备的自由变量满足在其对应的上下限范围内的初始值；

确定所述煤气能源介质对应的单元设备的自由变量的初始值的方法包括：

确定一个种类的各个单元设备的变量的初始值后，对所述确定的初始值进行限幅处理，使其满足在其对应的上下限范围内，再确定下一个种类的各个单元设备的变量的初始值；

所述确定一个种类的各个单元设备的变量的初始值的方法包括：对该种类各个单元设备依次求初始值；单元设备的初始值为煤气富余量减去已经确定的该种类单元设备的变量初始值后与区间[0，1]范围内的随机数的乘积，其中该种类单元设备中的最后一个单元设备相乘的随机数为1；

蒸汽及电力能源介质对应的蒸汽轮机单元设备的自由变量的初始值为：

锅炉产生的蒸汽量减去主生产工序对蒸汽的预测需求量和已经确定的蒸汽轮机的变量初始值后与区间[0，1]范围内的随机数的乘积，其中最后一个蒸汽轮机相乘的随机数为1；

步骤4，根据所述变量集中所述自由变量和非自由变量的相关性确定非自由变量的值；

步骤5，判断所述变量集中的变量的值是否满足单元设备的工艺模型约束，是，记录变量值输出可行解，否，执行步骤6；

步骤6，调整所述变量集中违反约束的变量的值，执行步骤5。

本发明实施例提供的一种确定钢铁企业能源综合调度可行解的方法的有益效果包括：