實(shí)現(xiàn)優(yōu)化算法與鋼鐵企業(yè)能源綜合調(diào)度問題解耦的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋼鐵能源生產(chǎn)及信息技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種實(shí)現(xiàn)優(yōu)化算法與鋼鐵企 業(yè)能源綜合調(diào)度問題解禪的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)又是資源、能源密集型產(chǎn)業(yè)。能源消 耗是決定鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)成本和利潤的重要因素，也是影響環(huán)境負(fù)荷的主要原因。一方面，鋼 鐵企業(yè)生產(chǎn)流程長，工序、設(shè)備繁多，各工序間相互銜接，且每種工序、設(shè)備都與多種能源介 質(zhì)關(guān)聯(lián)；另一方面，鋼鐵企業(yè)需要用到的能源種類超過20種，該些能源介質(zhì)不僅各自存在 產(chǎn)耗、儲存、緩沖和輸配等多種形態(tài)，而且相互之間有著復(fù)雜的轉(zhuǎn)換、替代等關(guān)聯(lián)關(guān)系，該都 使得整個鋼鐵企業(yè)能源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)緊密禪合、錯綜復(fù)雜。因此，對鋼鐵企業(yè)能源系統(tǒng)的研 究具有理論和現(xiàn)實(shí)兩方面的重要意義。
[0003] 近年來，國內(nèi)外研究人員已經(jīng)在鋼鐵企業(yè)能源系統(tǒng)研究工作中取得了許多成果， 大致可歸為能源預(yù)測及能源平衡與調(diào)度兩個方向。本發(fā)明歸屬于能源平衡與調(diào)度方向。在 對鋼鐵企業(yè)能源平衡與調(diào)度問題進(jìn)行研究時(shí)，一般將該問題表述成W能源成本最小化為優(yōu) 化目標(biāo)、滿足一定約束條件的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，然后應(yīng)用各種優(yōu)化算法求解。但是，一方面，能 源平衡與調(diào)度問題作為具體的工藝問題，具有豐富的多樣性和差異性，鋼鐵企業(yè)本身、用戶 目標(biāo)偏好選擇、調(diào)度時(shí)間跨度等方面的不同，都會導(dǎo)致上述工藝問題的不同；另一方面，用 于求解數(shù)學(xué)規(guī)劃模型的優(yōu)化算法則具有相當(dāng)?shù)囊?guī)范性和嚴(yán)整性，優(yōu)化算法是數(shù)學(xué)理論與邏 輯流程上的表達(dá)，在其內(nèi)部看不到任何工藝問題的影子。因而，在優(yōu)化算法與工藝問題之間 存在著固有的矛盾，為了用規(guī)范的優(yōu)化算法求解多樣的工藝問題，經(jīng)常需要在二者之間設(shè) 計(jì)包含大量的"裝箱"、"拆箱"及其它轉(zhuǎn)換操作的接口。由于在該些接口中，優(yōu)化算法與工 藝問題二者是緊密禪合在一起的，也就沒有通用性，無法復(fù)用，換了一個應(yīng)用場合，所有工 作都需推倒重來。該樣不僅耗費(fèi)時(shí)間，而且容易出錯，嚴(yán)重影響了已有成果的應(yīng)用和整體工 作效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)優(yōu)化算法與鋼鐵企業(yè)能源綜合調(diào)度問題 解禪的方法，W解決現(xiàn)有技術(shù)用規(guī)范的優(yōu)化算法求解多樣的鋼鐵企業(yè)能源綜合調(diào)度問題時(shí) 存在矛盾的問題。
[0005] 本發(fā)明實(shí)施例是該樣實(shí)現(xiàn)的，一種實(shí)現(xiàn)優(yōu)化算法與鋼鐵企業(yè)能源綜合調(diào)度問題解 禪的方法，所述方法包括W下步驟：
[0006] 步驟1，根據(jù)單元設(shè)備的能源產(chǎn)耗情況確立其產(chǎn)耗變量集，并結(jié)合其工藝模型和 約束條件，建立與所述單元設(shè)備對應(yīng)的單元數(shù)學(xué)模型，所述單元設(shè)備包括煤氣柜、煤氣加壓 站、煤氣混合站、煤氣放散塔、鍋爐、凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)和減溫減壓裝置7類；
[0007] 步驟2,W全局成本最優(yōu)作為優(yōu)化目標(biāo)，建立滿足各種約束條件的鋼鐵企業(yè)能源動 態(tài)平衡與優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型；
[0008] 步驟3,在所述鋼鐵企業(yè)能源動態(tài)平衡與優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型與將調(diào)用的優(yōu)化算法 之間設(shè)計(jì)接口，包括：
[0009] 針對所述單元設(shè)備的單元數(shù)學(xué)模型中的變量，設(shè)計(jì)兩種列表類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；所有變 量列表和自由變量列表；
[0010] 在各個所述單元設(shè)備的單元數(shù)學(xué)模型類中，定義與輸入/輸出變量對應(yīng)屬性動態(tài) 賦值和取值的反射方法；
[0011] 在優(yōu)化算法的染色體類中設(shè)計(jì)染色體評價(jià)委托，在優(yōu)化算法的染色體評價(jià)方法中 調(diào)用所述染色體評價(jià)委托；
[0012] 將目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算方法封裝為原子操作方法，所述染色體評價(jià)委托中包含對所述 目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算方法的引用；
[0013] 步驟4,調(diào)用所述優(yōu)化算法求解所述鋼鐵企業(yè)能源動態(tài)平衡與優(yōu)化調(diào)度問題，在多 次迭代進(jìn)化計(jì)算后，輸出適應(yīng)度值最優(yōu)的染色體；
[0014] 步驟5,根據(jù)所述適應(yīng)度值最優(yōu)的染色體計(jì)算所述鋼鐵企業(yè)能源平衡與調(diào)度方案， 并輸出方案結(jié)果。
[0015] 本發(fā)明提供的一種實(shí)現(xiàn)優(yōu)化算法與鋼鐵企業(yè)能源綜合調(diào)度問題解禪的方法的第 一優(yōu)選實(shí)施例中：所述步驟2中，W給定生產(chǎn)/檢修計(jì)劃、系統(tǒng)狀態(tài)和能源介質(zhì)的預(yù)測結(jié) 果為前提條件，綜合考慮煤氣、蒸汽和電力各個子系統(tǒng)中能源產(chǎn)耗、儲存和轉(zhuǎn)換等單元設(shè)備 的工藝約束，W及能源介質(zhì)自身的供需周期變化和物料平衡、能量守恒等物理約束，建立煤 氣-蒸汽-電力等多介質(zhì)多周期混合的所述鋼鐵企業(yè)能源動態(tài)平衡與優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型。
[0016] 本發(fā)明提供的一種實(shí)現(xiàn)優(yōu)化算法與鋼鐵企業(yè)能源綜合調(diào)度問題解禪的方法的第 二優(yōu)選實(shí)施例中：所述步驟2中所述所有變量列表由所述7類單元設(shè)備的能源產(chǎn)耗變量順 序排列構(gòu)成，所述自由變量列表由所述所有變量列表中的自由變量構(gòu)成；
[0017] 所述自由變量和非自由變量的確定原則包括；除了所述煤氣加壓站設(shè)備的電耗 變量和所述煤氣放散塔的輸入變量之外，所有所述單元設(shè)備的輸入變量均作為自由變量； 除了所述凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)的抽汽量之外，所有所述單元設(shè)備的輸出變量均作為非自由變 量；
[0018] 所述自由變量列表中的變量與所述優(yōu)化算法中染色體的構(gòu)成基因一一對應(yīng)。
[0019] 本發(fā)明提供的一種實(shí)現(xiàn)優(yōu)化算法與鋼鐵企業(yè)能源綜合調(diào)度問題解禪的方法的第 =優(yōu)選實(shí)施例中：所述步驟3中定義與所述輸入/輸出變量對應(yīng)所述屬性動態(tài)賦值和取值 的反射方法時(shí)，根據(jù)所述單元數(shù)學(xué)模型類的屬性名得到所述屬性，然后對所述屬性進(jìn)行賦 值或取值。
[0020] 本發(fā)明提供的一種實(shí)現(xiàn)優(yōu)化算法與鋼鐵企業(yè)能源綜合調(diào)度問題解禪的方法的第 四優(yōu)選實(shí)施例中：所述步驟4中輸出適應(yīng)度值最優(yōu)的染色體的過程包括：
[0021] 步驟401，將隨機(jī)生成的染色體基因值按下標(biāo)序號一一對應(yīng)的方式寫入所述自由 變量列表中，并調(diào)用單元數(shù)學(xué)模型的動態(tài)賦值反射方法，將自由變量值寫入所述單元設(shè)備 的所述單元數(shù)學(xué)模型中；
[0022] 步驟402,按子系統(tǒng)調(diào)用自由變量的初始化策略，用符合初始化策略的自由變量值 賦值單元數(shù)學(xué)模型的屬性，調(diào)用所述單元數(shù)學(xué)模型的約束檢查和修復(fù)方法，檢查所述單元 設(shè)備應(yīng)滿足的個體約束，修正自由變量值，并計(jì)算和賦值非自由變量；
[0023] 步驟403,計(jì)算所有所述單元數(shù)學(xué)模型約束不滿足時(shí)的懲罰值之和；
[0024] 步驟404,將修正后的所述自由變量值更新回所述染色體基因中去；
[0025] 步驟405,對煤氣、蒸汽和電力子系統(tǒng)中的各種能源介質(zhì)進(jìn)行整體平衡，得到能源 介質(zhì)整體平衡約束不滿足時(shí)的懲罰值；
[0026] 步驟406,計(jì)算鋼鐵企業(yè)能源動態(tài)平衡與優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型中的目標(biāo)函數(shù)值，并與 所述步驟403中得到的所述所有單元數(shù)學(xué)模型約束不滿足時(shí)的懲罰值之和，W及所述步驟 405中得到的所述所有能源介質(zhì)整體平衡約束不滿足時(shí)的懲罰值之和累加，作為所述自由 變量集下所述染色體的適應(yīng)度值；
[0027] 步驟407,多次迭代進(jìn)化計(jì)算后，輸出適應(yīng)度值最優(yōu)的染色體。
[0028] 本發(fā)明提供的一種實(shí)現(xiàn)優(yōu)化算法與鋼鐵企業(yè)能源綜合調(diào)度問題解禪的方法的第 五優(yōu)選實(shí)施例中：所述步驟402包括：
[0029] 步驟40201，調(diào)用煤氣子系統(tǒng)和蒸汽子系統(tǒng)中煤氣消耗型設(shè)備的自由變量初始化 策略，得到煤氣柜、煤氣加壓站、煤氣混合站和鍋爐四類設(shè)備的自由變量初始化值，并調(diào)用 所述煤氣柜、煤氣加壓站、煤氣混合站和鍋爐四類設(shè)備的單元數(shù)學(xué)模型約束檢查和修復(fù)方 法；
[0030] 步驟40202,根據(jù)所述步驟40301中確定的自由變量，計(jì)算所述鍋爐類設(shè)備的輸出 變量，確定能源系統(tǒng)內(nèi)部生產(chǎn)的各品質(zhì)蒸汽數(shù)量；
[0031] 步驟40203,調(diào)用所述蒸汽子系統(tǒng)中蒸汽消耗型設(shè)備和電力子系統(tǒng)的自由變量初 始化策略，得到凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)和減溫減壓裝置兩類設(shè)備的自由變量初始化值，并調(diào)用 所述凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)和減溫減壓裝置兩類設(shè)備的單元數(shù)學(xué)模型約束檢查和修復(fù)方法。
[0032] 本發(fā)明提供的一種實(shí)現(xiàn)優(yōu)化算法與鋼鐵企業(yè)能源綜合調(diào)度問題解禪的方法的第 六優(yōu)選實(shí)施例中：所述步驟5包括：
[0033]步驟5