[发明专利]一种基于多目标优化算法的分布式余压发电系统及调控方法

说明书

本发明公开了一种基于多目标优化算法的分布式余压发电系统及调控方法，针对分布式余压发电系统输入端工质参数（如流量、温度、压力差等）和输出端负荷需求多变、难以预测的特点，以系统输出稳定性高、运行效率高及设备使用寿命长为目标，建立分布式余压发电系统的多目标优化模型，采用非支配排序的遗传算法实时求解系统中各个阀门的开度，从而提高系统运行效率。本发明中的多目标优化算法可以根据供能侧及用能侧参数的变化，实时优化系统中各个电动调节阀的开度，从而达到提高分布式余压发电系统稳定性、设备使用寿命、运行效率和经济效益的目的，具有广阔的商业化应用前景。

技术领域

本发明属于分布式余压发电调控技术领域，主要用于优化分布式余压发电系统的运行性能、提高系统运行经济性等方面。

背景技术

能源作为人类社会发展的原动力和物质基础的保障，是社会发展和技术进步不可或缺的基本条件，是人类生存和发展的重要物质基础。我国能源生产量和消费量均已居世界前列，但在能源利用方式上尚存一系列突出问题：能源结构不合理、能源利用率不高、可再生能源开发利用比例低。要求我们着力提高能源开发、转化和利用的效率，推动能源生产和利用方式的变革，加速我国低碳环保，资源节约型社会的建立。近年来，积极循环再利用二次能源已经成为降低能耗、节约能源、降低成本的有效措施。对余压余热的回收利用，则是其中行之有效的重要手段之一。

据调查，大部分分布式能源站都拓展了区域供热业务，但是往往分布式能源站所供的热量与用户所需热量的参数不匹配，且供能侧工质的焓值高于用能侧工质的焓值，可采用基于高效径向透平的分布式余压发电系统来解决供用双方工质参数不匹配的问题，同时产生满足电用户需求的电能。根据供用双方需求不同，系统所配的电动调节阀数量也是不同的。但是当供用双方的工质参数发生变化或者电负荷变化时，调节系统中哪些阀门能同时达到提高系统稳定性、经济效益和设备使用寿命的目的，需要进一步研究，这属于多目标优化范畴。

大多数工程和科学问题都是多目标优化问题，存在如此多个彼此冲突的目标，如何获取这些问题的最优解，一直都是学术界和工程界关注的焦点问题。多目标优化的本质在于，大多数情况下，某目标的改善可能引起其他目标性能的降低，同时使多个目标均达到最优是不可能的，只能在各目标之间进行协调权衡和折中处理，使所有目标函数尽可能达到最优，而且问题的最优解由数量众多、甚至无穷大的Pareto最优解组成。

分布式余压发电系统中系统稳定性、经济效益和设备使用寿命就是一组相互矛盾的目标，三者不可能同时达到最优。针对这一问题，本申请采用基于非支配排序的遗传算法，以系统稳定性高、经济效益高和设备使用寿命长为目标，建立分布式余压发电系统的多目标优化模型，实时求解系统中各个阀门的开度，从而提高系统运行效率。此外，本发明的应用，还有利于供热站开拓更广阔的用户市场及降低站用电量，进一步提高供热站运行的综合经济性。

发明内容

针对供需双方能量不匹配的问题，本发明采用分布式余压发电系统，可以提高能源利用率；针对分布式余压发电中系统稳定性、经济效益和设备使用寿命不可能同时达到最优，本发明采用基于非支配排序的遗传算法，以系统稳定性高、经济效益高和设备使用寿命长为目标，建立分布式余压发电系统的多目标优化模型，实时求解系统中各个阀门的开度，从而提高系统运行效率。

本发明的原理：由于分布式余压发电系统输入侧参数波动，使得系统输出不稳定；若阀门跟随系统输入和负荷变化一直动作，会影响设备的运行寿命；若阀门不跟随系统输入和负荷变化动作，则会降低系统运行效率。为了解决这一难题，本发明提出采用非支配排序的多目标优化算法来调控整个分布式余压发电系统的各个电动阀门开度，使得此分布式余压发电系统能高效稳定地运行。本发明中的多目标优化算法可以根据供能侧及用能侧参数的变化，实时优化系统中各个电动调节阀的开度，从而达到提高分布式余压发电系统稳定性、设备使用寿命、运行效率和经济效益的目的，具有广阔的商业化应用前景。