一种基于数学规划的冶金企业氧氮能源优化调度方法

摘要

本发明属于信息技术领域，涉及模糊分类、优化方法等技术，是一种基于数学规划的冶金企业氧氮能源优化调度方法。本发明采用真实工业生产数据，首先对数据做滤波除噪等预处理，并通过模糊分类明确可调设备及相应调整能力；进而通过数学规划方法，综合考虑设备特征与管网实际特点，对氧氮能源系统做整体规划，建立优化调度模型；最终给出含有调整设备及相应调整量的优化调度方案，并附有放散率变化模拟结果，以协助现场操作人员制定具体的调整措施。

主权项

一种基于数学规划的冶金企业氧氮能源优化调度方法，其特征在于如下步骤：步骤1：从工业现场实时关系数据库读取空分机组氧氮产量、液罐液位、液化装置液化量和蒸发量数据，在模型建立与求解前，对数据做基本的除噪、填补处理，以保证基础数据质量；步骤2：根据实时数据库中存储的各氧氮设备数据，分类出可调和不可调用户；首先针对数据对象建立矩形模糊隶属度函数，进而引入模糊划分，将所有数据对象根据不同量纲做出划分；最终通过IF‑THEN形式建立模糊规则，分类出可调设备；对数据自动识别确定可调整用户后，再通过与设备相应上下限做比对，计算出相应调整能力，用这些信息来建立氧氮能源平衡优化模型；步骤3：基于数学规划的平衡优化模型的建立分为两部分，即选取目标函数和制定约束；A.选取目标函数目前冶金工业现场衡量调整工作的指标是放散率，如下式所示：$O_{\mathrm{dr}}=\frac{O_p-O_c}{O_p}\times 100\%---\left(1\right)$$N_{\mathrm{dr}}=\frac{N_p-N_c}{N_p}\times 100\%$其中，O_dr、N_dr分别为管网氧气、氮气放散率，O_p、N_p分别为管网的氧气、氮气发生量，O_c、N_c分别为管网的氧气、氮气用量；对于氧氮管网的优化，设目标函数如下：min(O_dr+N_dr)                                  (2)B.制定约束约束分为空分机组、液化装置、液罐三部分，通过对装置特性的描述，建立相应约束；1)空分机组空分机组均有对应发生能力的上下限，额定负荷的80％‑105％，并且氧氮分开说明，以此形成对应约束；2)液化装置液化装置有相应的液化上限，而液化下限一般是上限的60％，形成其液化能力的约束；3)液罐无论是空分设备还是液化装置，都连接有液罐存储液态产品；每个液罐都有自身的安保上下限，标准储量的10％‑95％，由此可形成其液位的约束；4)其它约束首先，优化模型的目标是最小化放散率，但应保证其结果不能异号；若优化前放散率为正值，即氧气供大于求，则优化后放散率不能变为负值，即供小于求；对氧氮有如下约束：$\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\Delta O_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}\Delta {\mathrm{TO}}_j-\underset{k=1}{\overset{q}{\Sigma }}\Delta {\mathrm{LPO}}_k\ge {\delta }_O---\left(3\right)$$\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\Delta N_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}\Delta {\mathrm{TN}}_j-\underset{k=1}{\overset{q}{\Sigma }}\Delta {\mathrm{LPN}}_k\ge {\delta }_N$其中，ΔO_i和ΔN_i分别为空分氧氮调整量，ΔTO_j和ΔTN_j分别为氧氮液化量，ΔLPO_k和ΔLPN_k分别为氧氮蒸发量，δ_O和δ_N分别表示氧氮缺口量或富余量；n为空分机组数，m为进行液化的液罐数，q为进行蒸发的液罐数；其次，对空分、液化装置和液罐设定0‑1变量，通过约束这些变量为1的个数，达到约束调整设备数量的目的，如下式所示：$\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}B{O}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\mathrm{BTO}}_j+\underset{k=1}{\overset{q}{\Sigma }}\mathrm{BLP}{O}_k\le 3---\left(3\right)$$\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}B{N}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\mathrm{BTN}}_j+\underset{k=1}{\overset{q}{\Sigma }}\mathrm{BLP}{N}_k\le 3$式中变量均为0‑1变量，BO_i和BN_i为空分机组变量，BTO_j和BTN_j为液化用液罐变量，BLPO_k和BLPN_k为蒸发用液罐变量；步骤4：给出最终调整方案，辅助指导制氧区实际优化排产工作。