專利名稱：一種基于管網(wǎng)計(jì)算的蒸汽管網(wǎng)混合調(diào)度系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于蒸汽管網(wǎng)混合調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供一種基于管網(wǎng)模型計(jì)算的蒸汽管網(wǎng)混合調(diào)度系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化、高效的管網(wǎng)調(diào)度。
背景技術(shù)：
在鋼鐵企業(yè)里，蒸汽系統(tǒng)時(shí)具有大時(shí)滯、大慣性、非線性、多變量耦合、變參數(shù)等特點(diǎn)的復(fù)雜對(duì)象，具體表現(xiàn)在多分散用戶、多汽源、多壓力等級(jí)(高、中、低壓)、多工況變化 (季節(jié)、生產(chǎn)方案)，面對(duì)復(fù)雜運(yùn)行狀況，管理人員大多數(shù)還是采用“因應(yīng)式”的調(diào)度管理方式，依靠多年來(lái)生產(chǎn)所積累的經(jīng)驗(yàn)指揮系統(tǒng)運(yùn)行，時(shí)常發(fā)生放空、降質(zhì)使用等情況，造成極大的浪費(fèi)。這樣必然導(dǎo)致調(diào)度的盲目性和管網(wǎng)運(yùn)行的低效。調(diào)度是在一定約束條件下，為特定對(duì)象設(shè)計(jì)流程，并指定各任務(wù)在流程的順序和時(shí)間安排的過(guò)程。蒸汽系統(tǒng)調(diào)度的目標(biāo)是，在給定生產(chǎn)計(jì)劃、檢修計(jì)劃、系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的前提下，基于已知管網(wǎng)工況仿真計(jì)算，確定滿足生產(chǎn)蒸汽需求的最佳分配方案。顯然，該問(wèn)題可描述成數(shù)學(xué)規(guī)劃的形式將調(diào)度目標(biāo)表示成目標(biāo)函數(shù)，把保證生產(chǎn)安全、設(shè)備安全和蒸汽穩(wěn)定供給的眾多條件作為約束條件。按照調(diào)度算法所依據(jù)的機(jī)理，調(diào)度方法可分為兩類基于模型的調(diào)度和基于規(guī)則的調(diào)度?；谀Ｐ偷恼{(diào)度方法通常將具體的問(wèn)題表示成帶有約束條件的數(shù)學(xué)模型，對(duì)模型運(yùn)用一定的調(diào)度算法，根據(jù)特定目標(biāo)，尋求有效的求解策略。如數(shù)學(xué)規(guī)劃方法、分支定界法、消去法等。該類方法通常能夠得到問(wèn)題的最優(yōu)解，其缺點(diǎn)在于，隨著調(diào)度問(wèn)題規(guī)模的擴(kuò)大，調(diào)度問(wèn)題的求解復(fù)雜度成指數(shù)增長(zhǎng)，難度急劇增加?；谝?guī)則的調(diào)度根據(jù)一定的調(diào)度規(guī)則或策略來(lái)確定調(diào)度方案，從而避免了大量的復(fù)雜計(jì)算，效率高，實(shí)時(shí)性好。如啟發(fā)式算法?；谝?guī)則的調(diào)度的一個(gè)明顯問(wèn)題是，這種方法不能保證解的最優(yōu)性， 通常只能提供一定程度的次優(yōu)可行解，缺乏對(duì)整體性能的有效把握。將兩種調(diào)度方法相結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，是有效解決調(diào)度問(wèn)題的方向。本發(fā)明將建立一種優(yōu)化高效的蒸汽管網(wǎng)混合調(diào)度算法，實(shí)現(xiàn)蒸汽管網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)化高效調(diào)度，實(shí)現(xiàn)蒸汽按質(zhì)用能、梯級(jí)利用的使用規(guī)則，滿足企業(yè)生產(chǎn)要求，提高生產(chǎn)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于管網(wǎng)模型計(jì)算的蒸汽管網(wǎng)混合調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化高效的蒸汽管網(wǎng)混合調(diào)度算法，提高蒸汽調(diào)度效率。在企業(yè)中用戶和汽源點(diǎn)分散廣，管線較長(zhǎng)，蒸汽在通過(guò)管線輸送后到達(dá)用戶時(shí)的壓力和溫度變化很大；又由于工藝加工量、產(chǎn)品方案、氣候、季節(jié)等因素變化會(huì)引起各工藝過(guò)程蒸汽的需求周期性變化，從而導(dǎo)致管網(wǎng)中各管道的蒸汽流量頻繁的變化；管網(wǎng)運(yùn)行一段時(shí)間以后，管道自身的參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化，因此到達(dá)用戶的蒸汽參數(shù)有時(shí)會(huì)變化很大，以至于產(chǎn)生的蒸汽輸送到目的地后不能滿足用戶的要求，使得工藝過(guò)程用能質(zhì)量下降、能耗增加、用能不合理。簡(jiǎn)單地通過(guò)增加產(chǎn)汽參數(shù)雖然可以解決這些問(wèn)題，但是盲目的提高產(chǎn)汽參數(shù)會(huì)導(dǎo)致能量的浪費(fèi)。這樣粗放的調(diào)度顯然偏離了企業(yè)的實(shí)際運(yùn)行情況，只能是簡(jiǎn)化條件下的最優(yōu)解，在工程中實(shí)施有一定的難度。建立基于管網(wǎng)仿真計(jì)算的調(diào)度方案，對(duì)調(diào)度方案進(jìn)行調(diào)整和驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)調(diào)度方案的最優(yōu)解。 分別對(duì)蒸汽系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)規(guī)劃模型和企業(yè)規(guī)則庫(kù)模型，以啟發(fā)式規(guī)則調(diào)度為主，通過(guò)數(shù)學(xué)規(guī)劃方法根據(jù)情況在備選規(guī)則間進(jìn)行選擇，從而達(dá)到最優(yōu)的控制效果。首先建立蒸汽系統(tǒng)的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，考慮產(chǎn)汽設(shè)備的啟動(dòng)和停運(yùn)、維修、折舊、燃料費(fèi)用等因素，按一段時(shí)間內(nèi)有P個(gè)操作周期的運(yùn)行優(yōu)化問(wèn)題，以全周期內(nèi)總費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)，總費(fèi)用為各個(gè)操作周期的燃料費(fèi)用、給水費(fèi)用、設(shè)備折舊維護(hù)費(fèi)用以及鍋爐、汽輪機(jī)的啟停費(fèi)用之和，建立目標(biāo)函數(shù)。企業(yè)規(guī)則庫(kù)模型以企業(yè)調(diào)度規(guī)則為知識(shí)庫(kù)建立調(diào)度模型。本發(fā)明硬件系統(tǒng)包括關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器，工程師站。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器與工程師站和應(yīng)用服務(wù)器相連，應(yīng)用服務(wù)器除與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器相連外，還與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和工程師站相連，保持三者之間數(shù)據(jù)交換。應(yīng)用模塊包括關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊，管網(wǎng)模型計(jì)算模塊和管網(wǎng)調(diào)度模塊。其中數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊部署在工程師站，管網(wǎng)模型計(jì)算模塊和調(diào)度模塊部署在應(yīng)用服務(wù)器，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)部署在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)采集模塊部署在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)是顯示模塊與模型計(jì)算模塊、調(diào)度模塊之間的數(shù)據(jù)通訊媒介。模型計(jì)算程序與調(diào)度模塊程序?qū)⒂?jì)算結(jié)果寫入關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，顯示模塊再?gòu)年P(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出并予以顯示。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)用于模型計(jì)算、調(diào)度、數(shù)據(jù)顯示的數(shù)據(jù)。包括管點(diǎn)信息，管段信息，模型計(jì)算結(jié)果，調(diào)度方案結(jié)果等信息。數(shù)據(jù)采集模塊由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和現(xiàn)場(chǎng)采集儀表以及傳輸網(wǎng)絡(luò)組成；現(xiàn)場(chǎng)采集儀表將信息實(shí)時(shí)傳入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并有數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)要求相管網(wǎng)耦合計(jì)算模型提供數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊數(shù)據(jù)接口部分，為模型計(jì)算提供數(shù)據(jù)輸入功能，包括讀取數(shù)據(jù)文件，直接讀取GIS信息功能；計(jì)算結(jié)果的顯示對(duì)模型計(jì)算結(jié)果實(shí)現(xiàn)多種方式顯示，包括圖表顯示和圖形顯示；管網(wǎng)模型計(jì)算模塊包括I、建立多氣源管網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ徒Y(jié)構(gòu)，并對(duì)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理適當(dāng)?shù)拇?lián)、并聯(lián)簡(jiǎn)化，便于模型計(jì)算；2、基于IF97公式，水力學(xué)熱力學(xué)定律，以及基爾霍夫定律建立蒸汽管網(wǎng)水力熱力耦合計(jì)算模型；3、通過(guò)牛頓-拉夫遜法求解管網(wǎng)水力熱力模型，通過(guò)壓降計(jì)算公式，將節(jié)點(diǎn)流量連續(xù)方程組表示為以管段壓降為未知量的方程組；之后，利用環(huán)路壓降能量方程，將方程中的管段壓降表示為管段始段、末段壓力的差值，得到關(guān)于節(jié)點(diǎn)壓力的非線性方程組；利用泰勒公式將方程組線性化，并對(duì)其求解，得到獨(dú)立節(jié)點(diǎn)壓力的修正量。采用同樣流程，可得到獨(dú)立節(jié)點(diǎn)溫度的修正量。隨后迭代求解獨(dú)立節(jié)點(diǎn)壓力、溫度，管段壓降、溫降，管段流量和參考節(jié)點(diǎn)流量，直到滿足精度要求。管網(wǎng)調(diào)度模塊I、蒸汽管網(wǎng)數(shù)學(xué)規(guī)劃、企業(yè)規(guī)則混合調(diào)度模型(I)建立數(shù)學(xué)規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)考慮一段時(shí)間內(nèi)有P個(gè)操作周期的運(yùn)行優(yōu)化問(wèn)題，以全周期內(nèi)總費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)，總費(fèi)用為各個(gè)操作周期的燃料費(fèi)用、給水費(fèi)用、設(shè)備折舊維護(hù)費(fèi)用以及鍋爐、汽輪機(jī)的啟停費(fèi)用之和。目標(biāo)函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種基于管網(wǎng)模型計(jì)算的蒸汽管網(wǎng)混合調(diào)度系統(tǒng)，包括關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器，工程師站；關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器與工程師站和應(yīng)用服務(wù)器相連， 應(yīng)用服務(wù)器除與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器相連外，還與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和工程師站相連，保持三者之間數(shù)據(jù)交換；應(yīng)用模塊包括關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊，管網(wǎng)模型計(jì)算模塊和管網(wǎng)調(diào)度模塊；數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊部署在工程師站，管網(wǎng)模型計(jì)算模塊和調(diào)度模塊部署在應(yīng)用服務(wù)器，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)部署在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)采集模塊部署在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)是顯示模塊與模型計(jì)算模塊、調(diào)度模塊之間的數(shù)據(jù)通訊媒介；模型計(jì)算程序與調(diào)度模塊程序?qū)⒂?jì)算結(jié)果寫入關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，顯示模塊再?gòu)年P(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出并予以顯 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)用于模型計(jì)算、調(diào)度、數(shù)據(jù)顯示的數(shù)據(jù)；包括管點(diǎn)信息，管段信息，模型計(jì)算結(jié)果，調(diào)度方案結(jié)果信息。數(shù)據(jù)采集模塊由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和現(xiàn)場(chǎng)采集儀表以及傳輸網(wǎng)絡(luò)組成；現(xiàn)場(chǎng)采集儀表將信息實(shí)時(shí)傳入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并有數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)要求相管網(wǎng)耦合計(jì)算模型提供數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊數(shù)據(jù)接口部分，為模型計(jì)算提供數(shù)據(jù)輸入功能，包括讀取數(shù)據(jù)文件，直接讀取GIS信息功能；計(jì)算結(jié)果的顯示對(duì)模型計(jì)算結(jié)果實(shí)現(xiàn)多種方式顯示，包括圖表顯示和圖形顯示；管網(wǎng)模型計(jì)算模塊的功能包括建立多氣源管網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ徒Y(jié)構(gòu)，并對(duì)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理適當(dāng)?shù)拇?lián)、并聯(lián)簡(jiǎn)化，便于模型計(jì)算；基于IF97公式，水力學(xué)熱力學(xué)定律，以及基爾霍夫定律建立蒸汽管網(wǎng)水力熱力耦合計(jì)算模型；通過(guò)牛頓-拉夫遜法求解管網(wǎng)水力熱力模型，通過(guò)壓降計(jì)算公式，將節(jié)點(diǎn)流量連續(xù)方程組表示為以管段壓降為未知量的方程組；之后，利用環(huán)路壓降能量方程，將方程中的管段壓降表示為管段始段、末段壓力的差值，得到關(guān)于節(jié)點(diǎn)壓力的非線性方程組；利用泰勒公式將方程組線性化，并對(duì)其求解，得到獨(dú)立節(jié)點(diǎn)壓力的修正量；采用同樣流程，得到獨(dú)立節(jié)點(diǎn)溫度的修正量；隨后迭代求解獨(dú)立節(jié)點(diǎn)壓力、溫度，管段壓降、溫降，管段流量和參考節(jié)點(diǎn)流量，直到滿足精度要求；管網(wǎng)調(diào)度模塊的功能是實(shí)現(xiàn)蒸汽管網(wǎng)數(shù)學(xué)規(guī)劃、企業(yè)規(guī)則混合調(diào)度模型，計(jì)算模型方案驗(yàn)證。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，實(shí)現(xiàn)蒸汽管網(wǎng)數(shù)學(xué)規(guī)劃、企業(yè)規(guī)則混合調(diào)度模型包括一下步驟(I)建立數(shù)學(xué)規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)考慮一段時(shí)間內(nèi)有P個(gè)操作周期的運(yùn)行優(yōu)化問(wèn)題，以全周期內(nèi)總費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)，總費(fèi)用為各個(gè)操作周期的燃料費(fèi)用、給水費(fèi)用、設(shè)備折舊維護(hù)費(fèi)用以及鍋爐、汽輪機(jī)的啟停費(fèi)用之和；目標(biāo)函數(shù)為
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的計(jì)算模型方案驗(yàn)證包括如下步驟:(I)在汽源正常產(chǎn)汽參數(shù)和用戶的蒸汽需求量條件下，不考慮蒸汽通過(guò)管網(wǎng)傳輸過(guò)程中的參數(shù)變化影響，根據(jù)估計(jì)的用戶參數(shù)，求解優(yōu)化運(yùn)行的調(diào)度模型，得到最優(yōu)的運(yùn)行方(2)根據(jù)步驟一優(yōu)化求得的汽源產(chǎn)汽量，通過(guò)管網(wǎng)仿真計(jì)算得到到達(dá)各用戶的蒸汽參數(shù)；(3)是判斷到達(dá)用戶蒸汽參數(shù)是否滿足需求，如不滿足則提高汽源的產(chǎn)汽參數(shù)，回到步驟(I)，重新計(jì)算；如滿足則確定調(diào)度方案，結(jié)束。
全文摘要
一種基于管網(wǎng)計(jì)算的蒸汽管網(wǎng)混合調(diào)度系統(tǒng)，屬于蒸汽管網(wǎng)混合調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域。系統(tǒng)包括關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器，工程師站。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器與工程師站和應(yīng)用服務(wù)器相連，應(yīng)用服務(wù)器除與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器相連外，還與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和工程師站相連，保持三者之間數(shù)據(jù)交換。應(yīng)用模塊包括關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊，管網(wǎng)模型計(jì)算模塊和管網(wǎng)調(diào)度模塊。其中數(shù)據(jù)結(jié)果顯示模塊部署在工程師站，管網(wǎng)模型計(jì)算模塊和調(diào)度模塊部署在應(yīng)用服務(wù)器，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)部署在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)采集模塊部署在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。優(yōu)點(diǎn)在于更切合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需要；在調(diào)度模型基礎(chǔ)上，通過(guò)管網(wǎng)模型計(jì)算和調(diào)度方案互相驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)調(diào)度策略的精確性和實(shí)時(shí)性。
文檔編號(hào)G06Q50/00GK102609882SQ20121001102
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者于立業(yè), 傅登明, 劉嘉, 孫彥廣, 張鵬飛, 徐化巖, 曾玉嬌, 朱寅, 李勇, 蘇勝石, 馬湧 申請(qǐng)人:冶金自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院