專利名稱：一種基于統(tǒng)計(jì)分類的冶金煤氣系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息技術(shù)領(lǐng)域，涉及到高斯過(guò)程、模糊規(guī)則庫(kù)和差分計(jì)算，是一種基于統(tǒng)計(jì)分類的冶金煤氣系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡調(diào)整方法。本發(fā)明利用冶金企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)已有的大量數(shù)據(jù)，首先應(yīng)用高斯過(guò)程分類器將調(diào)整單元數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻分離為調(diào)整時(shí)刻和非調(diào)整時(shí)刻，將調(diào)整時(shí)刻對(duì)應(yīng)的發(fā)生單元數(shù)據(jù)、消耗單元數(shù)據(jù)以及被調(diào)整單元作為模糊規(guī)則庫(kù)的樣本，建立調(diào)整樣本庫(kù)；然后使用模糊C均值聚類算法將調(diào)整樣本庫(kù)中的各個(gè)樣本轉(zhuǎn)換成If-Then的模糊規(guī)則，建立完備的模糊規(guī)則庫(kù)；當(dāng)監(jiān)測(cè)到煤氣系統(tǒng)某一時(shí)刻即將運(yùn)行不平衡，將該時(shí)刻的煤氣發(fā)生單元數(shù)據(jù)和消耗單元數(shù)據(jù)使用模糊C均值聚類算法轉(zhuǎn)換成If-Then的模糊規(guī)貝U，與所建立的模糊規(guī)則庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，確定出該時(shí)刻的可調(diào)整單元；然后采用差分計(jì)算法獲得煤氣系統(tǒng)的調(diào)整總量；最后根據(jù)煤氣系統(tǒng)調(diào)整單元的優(yōu)先級(jí)和各調(diào)整單元的最大負(fù)荷能力，將調(diào)整總量分配給不同的調(diào)整單元，實(shí)現(xiàn)冶金煤氣系統(tǒng)的實(shí)時(shí)平衡調(diào)整。
背景技術(shù)：
能源是冶金企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中除人力資源以外的最重要資源，能源系統(tǒng)的運(yùn)行情況是否穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、可靠將直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，如何高效利用生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的副產(chǎn)煤氣使企業(yè)低消耗，低放散，低成本，低污染運(yùn)行成為冶金企業(yè)追求的目標(biāo)(Jun Zhao, Quanli Liu, Wei Wang, Witold Pedrycz, and Liqun Cong, HybridNeural Prediction and Optimized Adjustment for Coke Oven Gas System in SteelIndustry[J]. IEEE trans. on neural networks and learning systems. , vol.23, no. 3,pp. 439-450, Mar. 2012)。冶金企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)煤氣，而此類副產(chǎn)品也是煉焦、加熱爐、電廠、熱處理等環(huán)節(jié)可利用的重要二次能源，其有效合理的利用將直接影響到冶金企業(yè)的能耗標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)出成本。副產(chǎn)煤氣包括焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣三種。由于鋼鐵生產(chǎn)的非規(guī)律性，煤氣系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)發(fā)生產(chǎn)消不平衡的情況，生產(chǎn)與消耗的余量過(guò)多或過(guò)少極易造成柜位超出上限或下限，影響系統(tǒng)安全，因此必須對(duì)煤氣進(jìn)行有效地調(diào)整。一般情況下，當(dāng)煤氣柜的柜位發(fā)生異常時(shí)，根據(jù)煤氣系統(tǒng)產(chǎn)消單元的變化趨勢(shì)，增加或者減少管網(wǎng)中可調(diào)單元的煤氣用量可以平衡煤氣柜位，最重要的是在保證正常生產(chǎn)和煤氣柜安全運(yùn)行的前提下最大化煤氣的利用率，減少副產(chǎn)煤氣的放散量，降低生產(chǎn)成本。目前在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，調(diào)度人員往往依靠人工經(jīng)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)煤氣系統(tǒng)的平衡調(diào)整。參照現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，調(diào)度人員一般根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻柜位的實(shí)際運(yùn)行情況和系統(tǒng)中各單元的產(chǎn)消量變化來(lái)估計(jì)是否需要調(diào)整，并粗略的計(jì)算出調(diào)整總量，然后根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)將調(diào)整總量分配給不同的調(diào)整單元，如果調(diào)整后煤氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到預(yù)期的要求則停止調(diào)整，否則將不斷調(diào)整，直到滿足要求為止。該方法的不足之處在于調(diào)度人員需要完成巨大的工作量，雖然可以給出調(diào)整總量，但是不能直接準(zhǔn)確的給出具體的調(diào)整方案，這種依靠人工經(jīng)驗(yàn)的調(diào)整方式需要不斷地調(diào)整，這會(huì)造成調(diào)整手段響應(yīng)的滯后，無(wú)法及時(shí)有效的完成煤氣系統(tǒng)的平衡調(diào)整，還可能導(dǎo)致企業(yè)的非正常生產(chǎn)，影響企業(yè)的生產(chǎn)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是冶金煤氣系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡調(diào)整問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，首先應(yīng)用高斯過(guò)程分類器將調(diào)整時(shí)刻對(duì)應(yīng)的調(diào)整單元數(shù)據(jù)和非調(diào)整時(shí)刻對(duì)應(yīng)的調(diào)整單元數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，將調(diào)整時(shí)刻對(duì)應(yīng)的發(fā)生單元數(shù)據(jù)、消耗單元數(shù)據(jù)以及被調(diào)整單元作為模糊規(guī)則庫(kù)的樣本，建立調(diào)整樣本庫(kù)，基于該調(diào)整樣本庫(kù)建立模糊規(guī)則庫(kù)，用于確定調(diào)整單元；然后通過(guò)差分計(jì)算法獲得煤氣調(diào)整總量；最后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的煤氣系統(tǒng)調(diào)整單元的優(yōu)先級(jí)和各調(diào)整單元的最大負(fù)荷能力，將調(diào)整總量分配給不同調(diào)整單元。利用該發(fā)明可以在較短時(shí)間內(nèi)給出較好的調(diào)整方案供調(diào)度人員參考，實(shí)現(xiàn)冶金煤氣系統(tǒng)的平衡調(diào)整。本發(fā)明技術(shù)方案的整體實(shí)現(xiàn)流程如附圖I所示，具體步驟如下I、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的讀取從冶金煤氣系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取所需的煤氣系統(tǒng)調(diào)整單元數(shù)據(jù)、被調(diào)整單元、發(fā)生單元數(shù)據(jù)、消耗單元數(shù)據(jù)、煤氣柜位數(shù)據(jù)； 2、高斯過(guò)程二分類模型采用高斯過(guò)程分類器將第I步中獲得的調(diào)整單元數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻分離為調(diào)整時(shí)刻與非調(diào)整時(shí)刻，并記錄調(diào)整時(shí)刻對(duì)應(yīng)的調(diào)整單元數(shù)據(jù)；3、建立模糊規(guī)則庫(kù)將第2步中得到的調(diào)整時(shí)刻對(duì)應(yīng)的發(fā)生單元數(shù)據(jù)和消耗單元的數(shù)據(jù)作為模糊規(guī)則庫(kù)的輸入樣本，將調(diào)整時(shí)刻對(duì)應(yīng)的被調(diào)整單元作為模糊規(guī)則庫(kù)的輸出樣本，建立調(diào)整樣本庫(kù)，利用模糊C均值聚類算法將調(diào)整樣本庫(kù)中各樣本轉(zhuǎn)換成If-Then的模糊規(guī)則，建立較為完備的模糊規(guī)則庫(kù)；4、實(shí)時(shí)在線確定調(diào)整單元監(jiān)測(cè)煤氣系統(tǒng)運(yùn)行不平衡的時(shí)刻，將該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的發(fā)生單元數(shù)據(jù)和消耗單元數(shù)據(jù)，使用模糊C均值聚類算法轉(zhuǎn)換成If-Then的模糊規(guī)則，與第3步所建立的模糊規(guī)則庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，找出與模糊規(guī)則庫(kù)中最相近的模糊規(guī)則，其輸出就是當(dāng)前時(shí)刻的可調(diào)整單元； 5、調(diào)整總量的計(jì)算采用差分計(jì)算法獲得需要調(diào)整的煤氣總量；6、分配各調(diào)整單元的調(diào)整量依據(jù)第4步中得到的調(diào)整單元，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整單元的優(yōu)先級(jí)和各調(diào)整單元的最大負(fù)荷能力，將第5步得到的調(diào)整總量分配給不同調(diào)整單元。本發(fā)明的效果和益處是考慮現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度人員憑借人工經(jīng)驗(yàn)確定調(diào)整單元的盲目性，本發(fā)明采用基于高斯過(guò)程分類器和模糊規(guī)則庫(kù)相結(jié)合的方法實(shí)時(shí)在線確定調(diào)整單元，可以有效的避免系統(tǒng)對(duì)人工經(jīng)驗(yàn)的依賴性，且有效地提高了確定調(diào)整單元的速度，解決調(diào)整滯后的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)煤氣的合理利用與分配，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和智能化運(yùn)行；本發(fā)明充分利用冶金企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)已有的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的確定調(diào)整單元，并在采用差分計(jì)算法獲得調(diào)整總量后，根據(jù)調(diào)整單元的優(yōu)先級(jí)和各調(diào)整單元的最大負(fù)荷能力，將調(diào)整總量分配給不同調(diào)整單元，滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性要求，從而為煤氣系統(tǒng)的調(diào)度人員提供完整可行的調(diào)整方案。


圖I為技術(shù)方案的整體實(shí)現(xiàn)流程圖。圖2為冶金企業(yè)煤氣系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖。圖3為煤氣系統(tǒng)的調(diào)整總量計(jì)算原理圖。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖2對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作詳細(xì)描述，附圖2為某冶金企業(yè)煤氣系統(tǒng)的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖，高爐、焦?fàn)t和轉(zhuǎn)爐是煤氣系統(tǒng)的發(fā)生單元，其產(chǎn)生的高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)過(guò)加壓站加壓后，供給石灰窯、燒結(jié)廠、連鑄、冷軋、熱軋、鋼管廠、初軋等消耗單元使用，富余的煤氣會(huì)供給低壓鍋爐和電廠鍋爐產(chǎn)生蒸汽和電力，低壓鍋爐和電廠鍋爐是煤氣系統(tǒng)的可調(diào)整單元，在煤氣系統(tǒng)中是可以保證系統(tǒng)平衡的重要調(diào)整手段，此外煤氣系統(tǒng)的管網(wǎng)和與煤氣管網(wǎng)相連的煤氣柜是煤氣系統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備。通常情況下，煤氣系統(tǒng)會(huì)保持在一個(gè)產(chǎn)消平衡的狀態(tài)運(yùn)行，有時(shí)由于工業(yè)生產(chǎn)的變更或者工業(yè)故障等原因會(huì)導(dǎo)致煤氣系統(tǒng)的不平衡，供過(guò)于求時(shí)，煤氣柜的柜位可能超過(guò)其運(yùn)行上限，這種情況下要開啟放散塔放散多余的煤氣，供不應(yīng)求時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)的停滯。所以在監(jiān)測(cè)到異常情況將要發(fā)生時(shí)，需要及時(shí)對(duì)煤氣系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，以使煤氣系統(tǒng)達(dá)到新的平衡。目前現(xiàn)場(chǎng)煤氣系統(tǒng)的調(diào)度人員通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，來(lái)判斷煤氣系統(tǒng)在未來(lái)時(shí)刻是否需要調(diào)整，在需要調(diào)整的情況下，粗略計(jì)算出調(diào)整總量，然后根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)確定調(diào)整單元，但是這樣不僅工作量很大，且依賴于調(diào)度人員的經(jīng)驗(yàn)，容易導(dǎo)致調(diào)整的滯后，所以本發(fā)明提出一種基于統(tǒng)計(jì)分類的冶金煤氣系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡調(diào)整方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)冶金煤氣系統(tǒng)自動(dòng)分析、自動(dòng)控制和自動(dòng)調(diào)整。按照?qǐng)DI所示的方法流程，本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下步驟I :現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的讀取從冶金企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取所需的煤氣系統(tǒng)調(diào)整單元數(shù)據(jù)、被調(diào)整單元類別、發(fā)生單元數(shù)據(jù)、消耗單元數(shù)據(jù)、煤氣柜位數(shù)據(jù)。為了敘述方便，先給出調(diào)整時(shí)刻的含義在若干分鐘內(nèi)，如果煤氣柜位一直處于較 高或較低狀態(tài)時(shí)，任意一個(gè)調(diào)整單元的用量驟然突變，說(shuō)明該調(diào)整單元對(duì)煤氣系統(tǒng)進(jìn)行平衡調(diào)整，則稱此突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為調(diào)整時(shí)刻。對(duì)于調(diào)整時(shí)刻的特征，本發(fā)明申請(qǐng)人在與上海寶鋼能源中心的現(xiàn)場(chǎng)人員溝通后得出煤氣系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)刻具備以下特征(I)煤氣柜位在長(zhǎng)時(shí)間一直處于較高或較低的狀態(tài)，若不調(diào)整，煤氣柜位很有可能在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)超限，影響系統(tǒng)的安全性。(2)如果此時(shí)有一個(gè)或若干個(gè)調(diào)整單元的用量從平穩(wěn)狀態(tài)驟然突變，對(duì)煤氣系統(tǒng)進(jìn)行平衡調(diào)整，使煤氣柜位逐漸趨于正常。一般情況下，當(dāng)煤氣柜位處于較高狀態(tài)，則會(huì)突然增加調(diào)整單元的用量，當(dāng)煤氣柜位處于較低狀態(tài)，則會(huì)突然減少調(diào)整單元的用量，用以對(duì)煤氣系統(tǒng)進(jìn)行平衡調(diào)整，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。步驟2 :建立高斯過(guò)程二分類模型讀取已知的調(diào)整單元數(shù)據(jù)組成一個(gè)樣本集，計(jì)算樣本集中的每個(gè)樣本中的間隔相同的點(diǎn)的斜率，將所得到的所有斜率值作為高斯過(guò)程二分類模型的輸入樣本，輸出樣本為每個(gè)輸入樣本對(duì)應(yīng)的類別標(biāo)簽，輸入樣本和輸出樣本的數(shù)據(jù)樣本集表示為D= Kxpyi) |i = 1,...,N}，其中輸入樣本Xi e Rd，輸出樣本yi e {-I,1} Yi = I表示該樣本對(duì)應(yīng)的時(shí)刻是調(diào)整時(shí)刻，Yi = -I表示該樣本對(duì)應(yīng)的時(shí)刻是非調(diào)整時(shí)亥IJ，N是輸入樣本的個(gè)數(shù)。
在給定輸入樣本Xi的情況下，為計(jì)算輸出樣本yi;引入隱函數(shù)f，$fi = f (Xi), PJ
將隱函數(shù)的所有隱函數(shù)值記為f = Lf1, f2,, fN]T。已知輸出樣本Ji與每個(gè)隱函數(shù)值fi
之間存在如下依賴關(guān)系P (YiIfi) = φ (Yifi)，且各輸出樣本互獨(dú)立，那么輸出樣本的聯(lián)
合似然函數(shù)可以描述為
權(quán)利要求
1.一種基于統(tǒng)計(jì)分類的冶金煤氣系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡調(diào)整方法，其特征包括如下步驟 (1)從冶金煤氣系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取所需的調(diào)整單元數(shù)據(jù)、被調(diào)整單元類別、發(fā)生單元數(shù)據(jù)、消耗單元數(shù)據(jù)、煤氣柜位數(shù)據(jù)； (2)建立高斯過(guò)程二分類模型
全文摘要
一種基于統(tǒng)計(jì)分類的冶金煤氣系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡調(diào)整方法,其特征是先應(yīng)用高斯過(guò)程分類器將調(diào)整單元數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻分離為調(diào)整時(shí)刻和非調(diào)整時(shí)刻，將調(diào)整時(shí)刻對(duì)應(yīng)的發(fā)生單元數(shù)據(jù)、消耗單元數(shù)據(jù)以及被調(diào)整單元作為模糊規(guī)則庫(kù)的樣本，建立調(diào)整樣本庫(kù)；然后使用模糊C均值聚類算法將樣本庫(kù)中的各個(gè)樣本轉(zhuǎn)換成If-Then的模糊規(guī)則，建立完備的模糊規(guī)則庫(kù)；當(dāng)監(jiān)測(cè)到煤氣系統(tǒng)某一時(shí)刻即將運(yùn)行不平衡，將該時(shí)刻的煤氣發(fā)生單元數(shù)據(jù)和消耗單元數(shù)據(jù)使用模糊C均值聚類算法轉(zhuǎn)換成If-Then的模糊規(guī)則，與所建立的模糊規(guī)則庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，確定出該時(shí)刻的可調(diào)整單元；然后采用差分計(jì)算法獲得煤氣系統(tǒng)的調(diào)整總量；最后根據(jù)煤氣系統(tǒng)調(diào)整單元的優(yōu)先級(jí)和各調(diào)整單元的最大負(fù)荷能力，將調(diào)整總量分配給不同的調(diào)整單元，實(shí)現(xiàn)冶金煤氣系統(tǒng)的實(shí)時(shí)平衡調(diào)整。
文檔編號(hào)G05B19/418GK102799151SQ20121023163
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者趙珺, 張婷婷, 盛春陽(yáng), 王偉 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)