[发明专利]面向不确定需求的空分管网装置启停及负荷调度方法

说明书

本发明公开了一种面向不确定需求的空分管网装置启停及负荷调度方法。根据空分管网中装置的运行状况将其划分为不同的模态，建立每个生产装置每个模态下产品产量的分段线性代理模型，并对管网中其他装置的流程平衡和边界条件等进行分析，从氧氮氩三个层面建立整个管网的调度优化模型；在此基础上，针对市场需求的不确定性，采用两阶段随机优化模型，同时引入条件风险价值模型，以最大化空分管网的两阶段利润和条件风险价值为目标，制定生产调度方案。本发明能够在市场需求不确定的情况进行风险度量，根据不同的风险水平制定不同的调度方案，从而有效规避低收益、高风险的情况；同时分段线性代理模型可以减少求解时间，便于大规模模型的求解计算。

技术领域

本发明涉及空分管网的调度优化领域，具体涉及一种面向不确定需求的空分管网装置启停及负荷调度方法。

背景技术

空气分离指利用空气中各组分的物理性质不同，分离出高纯度的氧、氮、氩等气液相产品。常见的空气分离方法有低温分离法、吸附法和膜分离法。当氧气需求量低，并且只需要生产气相产品时，通常选用吸附法。当纯度要求高，并且同时需要生产气液相产品时，通常选用低温分离法。由于钢铁企业用气需求量大，所以通常采用低温分离法。低温分离法以空气为原料，经过压缩循环、深度冷冻法，先把空气变成液态，再利用氧、氮等组分的沸点不同，通过精馏从液态空气中逐步分离出氧、氮、氩等气液相产品。

我国大多数钢铁企业都自备空分装置，钢铁企业在生产冶炼过程中需要使用大量的氧气、氮气、氩气等工业气体，而由于钢铁厂的用气需求频繁波动，需要空分设备的负荷也相应的发生频繁变动。当空分装置在生产过程中不能及时调整产能时，就会造成大量的资源浪费与经济损失。同时空分过程需要消耗大量的电能，是钢铁企业中的耗电大户。空分装置的能耗和装置的规模、供气的压力、液体产品的产量等因素成正比。此外，装置的启停、负荷的调节频率的增加也是空分能耗增加的因素。由于需求的实时变化，导致调度问题的难度也大大提升，而人工调度存在主观性强，可靠性差等缺点，因此对空分管网进行调度优化极为重要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种面向不确定需求的空分管网装置启停及负荷调度方法，在市场气体需求不确定时，既考虑不确定因素带来的影响，同时考虑风险水平。根据不同的风险偏好设置，制定不同的生产调度方案，可以在风险较低的情况下利润最大。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种面向不确定需求的空分管网装置启停及负荷调度方法，包括以下步骤：

步骤(1)：空分管网装置由空分装置和辅助装置构成，根据空分装置的运行状况将其划分为不同的模态，得到每个空分装置在每种模态下的生产空间；

步骤(2)：对空分管网中的辅助装置建立物料平衡方程，将物料平衡方程与空分装置的生产空间相结合，得到空分管网的流程平衡方程；空分装置每种模态下的生产空间、辅助装置的物料平衡方程、空分管网的流程平衡方程构成了空分管网的整体模型；

步骤(3)：采用两阶段随机规划模型对空分管网的整体模型重新划分为两个阶段，第一阶段对空分装置和压缩机的启停和标称负荷做出决策，第二阶段对空分装置和压缩机的增量负荷、液化器的启停和整体负荷、气化器的启停和整体负荷再做出决策；

步骤(4)：在两阶段随机规划模型的基础上引入条件风险价值CVaR，构建基于CVaR的不确定性调度模型，在考虑市场需求不确定的情况下，以最大化两阶段的利润和条件风险价值CVaR为目标，得到最优的调度方案。

进一步的，所述的步骤(1)根据空分装置的运行状况将其划分为不同的模态，定负荷空分装置划分为关机和开机两个模态，变负荷空分装置划分为关机、低负荷和高负荷三个模态。确定操作模态之后，将历史运行数据与机理模型进行结合，通过建立分段线性代理模型来描述每个装置每种模态下的生产空间。具体为：