[发明专利]锌电解过程电能优化方法

摘要

一种锌电解过程能耗优化方法，本发明根据锌电解过程中不同电解条件下的能耗情况和电力部门分时计价政策，建立了以锌电解过程能耗和用电费用最低为目标，以电流密度、硫酸浓度、锌浓度和温度工艺参数为优化变量，以产量和生产工艺为约束条件的锌电解过程能耗优化控制模型；利用带加速度调整的协同粒子群算法来求解锌电解过程能耗优化控制模型，其中以双适应度策略处理两个优化目标，获取锌电解过程能耗优化方案。本发明代替了人工的凭经验进行参数设定的控制方法，有效的优化了生产过程中电流密度、酸锌浓度和温度，降低了能耗，减少了费用。

主权项

1.锌电解过程能耗优化方法，根据锌电解过程中不同电解条件下的能耗情况和电力分时计价政策，在不同的电费计价时段以最优的电流密度、硫酸浓度、锌浓度和温度来优化电解生产，其特征在于：根据锌电解过程数学模型和电力部门实行的分时计价原则，建立以锌电解过程能耗和用电费用最低为目标，以电流密度、硫酸浓度、锌浓度和温度工艺参数为优化变量，以产量和生产工艺为约束条件的锌电解过程能耗优化控制模型；采用罚函数方法和边界处理方法处理约束问题，利用带加速度调整的协同粒子群算法来求解锌电解过程能耗优化控制模型，其中以双适应度策略处理两个优化目标，获取锌电解过程能耗优化方案；(1)锌电解过程能耗优化模型为：${\min J}_W=\min {\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{W}_i\×G_i=\min {\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{V}_i\×D_i\×C\×T_i$$\min \left(J_P\right)=\min {\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{W}_i\×G_i\×P_i=\min {\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{V}_i\×D_i\×C\×T_i\×P_i$$s.t.\left\{\begin{array}{c}{V}_i=f_V(D_i,C_{H,i},C_{\mathrm{Zn},i},t_i)\\ {\mathrm{\η}}_i=f_{\mathrm{\η}}(D_i,C_{H,i},C_{\mathrm{Zn},i},t_i)\\ {\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N}q\×D_i\×C\×{\mathrm{\η}}_i\×T_i=G_0\\ D_{\min }\≤D_i\≤D_{\max }\\ C_{H,\min }\≤C_{H,i}\≤C_{H,\max }\\ C_{\mathrm{Zn},\min }\≤C_{\mathrm{Zn},i}\≤C_{\mathrm{Zn},\max }\\ t_{\min }\≤t_i\≤t_{\max }\end{array}\right.$其中：i＝1，...，N表示时段；Wi第i时段每个系列的电能单耗；Gi第i时段七个系列的产量；JW为总电耗，JP为电费；Vi为第i时段每个系列的槽电压；Di为第i时段每个系列的电解电流密度；Ti为第i时段的电解时间；Pi为第i时段的分时电价；ηi为第i时段的电流效率；C＝S×n＝b×S0×n为与电解槽数n、每槽阴极板数b及阴极板面积S0有关的常数，G0为日计划产量；Dmin和Dmax分别表示锌电解工艺允许的电流密度上下限；CH，min和CH，max分别表示锌电解工艺允许的硫酸浓度上下限；CZn，min和CZn，max分别表示锌电解工艺允许的锌离子浓度上下限；(2)智能集成优化算法采用协同粒子群优化算法，并对算法运算随机获得的迭代点(xik)进行边界处理，保证寻优在可行域范围内进行，处理方式为：$x_i^k=\left\{\begin{array}{ccc}{x}_{i.\max }^k,& \mathrm{if}& x_i^k>x_{i.\max }^k\\ x_{i.\min }^k,& \mathrm{if}& x_i^k\<x_{i.\min }^k\end{array}\right.$同时在协同粒子群优化算法的基础上，采取了以下改进措施：以一种由高斯分布演化而来的累积分布调整函数来调整权重系数w，基于此调整函数，开始搜索时w能较长时间保持较大的值来提高搜索效率，在搜索后期w又能以较长时间保持较小值以提高搜索精度；在算法中引入加速度策略，不仅用到群体早熟收敛信息，还根据个体适应值的不同将群体分为2个子群，对适应度差的群体应用加速度策略，使得群体始终保持多样性，适应度较优的粒子用来进行局部寻优，加速算法收敛；适应度差的粒子早期用来进行全局寻优，后期用来跳出局部最优，避免算法早熟收敛；采用一种双适应度的评价函数来评估每个粒子的适应度，将适应度分为两类：一类是针对能耗的主目标适应度，即能耗目标函数；另一类是针对次目标适应度，即用电费用目标函数，这样两种适应度函数分别直观地代表了能耗最低的目标和用电费用最小的目标，目标适应度公式可表示为：$F_{\mathrm{con}}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{ccc}{J}_W& \mathrm{if}& J_W>W_0\×G_0\\ J_P& \mathrm{if}& J_W\≤W_0\×G_0\end{array}\right.$其中，W0为本文设定的平均电能单耗值目标值，表示算法在主目标适应度与次目标适应度之间的可行域范围内搜索。