专利名称：一种自适应可选约束的钢铁企业燃气优化调度系统及方法
技术领域：
本发明属于钢铁燃气调度技术领域，特别是提供了一种自适应可选约束的钢铁企
业燃气优化调度系统及方法，用于钢铁企业燃气优化调度。
背景技术：
—个企业燃气产量的高低以及燃气供应量与需求量之间的平衡程度，对这个企业
的产品成本和能源消耗影响极大。全面分析钢铁企业的燃气状况，科学制定燃气供需之间
的平衡对策，对发展钢铁生产、降低能源消耗和改善环境都有重要的意义。 目前有关燃气调度的系统和方法，如发明专利"基于综合数据来源的钢铁能源的
自动优化调度系统及方法"提供了一种基于综合数据来源的钢铁能源的自动优化调度系统
及方法冶金自动化研究设计院ZL 200710178959. 4，但该发明专利没有对燃气调度进行深
入探索，只是全面的分析钢铁企业能源调度系统与方法，对燃气调度问题考虑不够，使得在
实际应用中有一定的局限性、文献"宝钢高炉煤气系统平衡实践"从宝钢的实际情况出发，
结合企业的实际设备指出煤气调度的关键在于系统运行时的监控和调整宝钢技术2003，着
重指出高炉煤气发生量、高炉煤气热值、管道压力和煤气柜位是最重要的监控内容并说明
了该如何调度煤气，文章比较详细地说明了调度的具体过程和目标，但仅限于实践经验，没
有一定的理论作为指导、文献"钢铁联合企业煤气系统优化利用"分析了各种煤气消耗量和
发生量的波动幅度冶金能源2005，并考虑到各个设备的能源利用率得出热平衡关系式，在
满足某些工艺条件下建立了一个简单的线性规划模型。由于充分考虑到每个设备的实际耗
能，所以更加具有实际意义；但模型简单，不能很好的满足煤气分配的要求、文献"钢铁企业
煤气平衡问题的探讨"指出煤气调度分为静态调度和动态调度中国节能2004，具体分析了
引起煤气波动的三大原因，最后指出煤气调度的关键是保证煤气不发生波动现象，并提出
了三种人工调度的经验，但亦无模型作为指导。 本发明则提出了一种在多阶段调度过程中根据调度环境自适应地获取调度约束 信息，增加或者减少调度单元以得到更加符合实际情况的燃气优化调度模型。同时基于所 建模型，搭建了自适应可选约束的钢铁企业燃气优化调度系统。从而提高了燃气优化调度 的准确性和可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自适应可选约束的钢铁企业燃气优化调度系统及方 法，满足钢铁企业钢铁生产和燃气生产的要求，为钢铁企业日常的能源调度提供决策支持。
本发明所述的自适应可选约束的钢铁企业燃气优化调度系统包括生产计划子系 统、燃气预测子系统、系统配置子系统、自适应子系统、燃气优化调度子系统、保存打印子系 统及连接各子系统的计算机网络；系统之间连接关系如图1所示。下面逐一介绍这六个子 系统 生产计划子系统主要实现现场生产计划数据的采集，采集的数据包括燃气生
3产和消耗的历史实绩数据，钢铁企业主工序生产状态信息，钢铁企业燃气生产状态信息，燃 气生产和消耗的实时数据、钢铁企业主工序和燃气生产工序生产计划数据和生产过程工艺 参数数据。 燃气预测子系统主要实现将生产计划子系统采集的生产计划数据利用选定的燃 气预测模型进行燃气供需动态预测。 系统配置子系统主要实现燃气优化调度所需要的配置参数的建立，包括管网配 置，调度规则库配置，调度单元配置，手动输入参数。 自适应子系统运行燃气优化调度约束的自适应系统，该系统可根据调度环境自 适应地获取调度约束信息，增加或者减少调度单元以得到更加符合实际情况的调度策略。
燃气优化调度子系统主要实现在确保生产任务和安全生产的基础上，根据调度 目标给出燃气的最佳分配调度决策方案。用户可以选择调度目标函数，并可以对调度结果 做出修改，添加新的约束条件，并重新生产调度方案。 保存打印子系统用户每做出一次新的调度计算，都可以使用该系统打印出调度 结果，除了以列表的形式反映在窗口外，还将以Excel的形式打印出来。 本发明所述的一种自适应可选约束的钢铁企业燃气优化调度方法包括燃气调度 模型建立、燃气调度模型数学描述、燃气调度模型改进、燃气调度模型比较和分析、燃气调 度模型应用。 1、燃气调度模型建立，主要实现燃气调度管网模型和燃气调度单元模型的建立， 本发明可以建立钢铁企业所包含的高炉煤气管网、焦炉煤气管网、转炉煤气管网、天然气管 网模型；由调度单元的特性，可将调度单元分为生产单元、产销单元、缓冲单元、消耗单元。
2、燃气调度模型数学描述，调度问题的目标是，在给定生产计划、检修计划、系统 当前状态的前提下，基于已知燃气网络结构和单元模型，确定满足生产能源需求的最佳燃 气分配方案。显然，调度问题可描述成数学规划的形式将调度目标表示成目标函数，而为 了保证生产安全、设备安全和燃气稳定供给的众多条件作为约束条件。 3、燃气调度模型改进，燃气调度模型数学描述中建立的燃气优化调度模型是在某 一时段的基本模型，但在具体的优化调度中可能会根据当前状态对约束条件进行调整，这 就是可选约束的优化调度。而在现实中，很多变量状态是与前一时刻的状态相关的，因此需 要将单一特定时段的数学规划模型扩充到包含多时间段的数学规划调度模型，即要考察在 相当长的一段时间内燃气调度优化情况。 4、燃气调度模型比较和分析，建立的燃气调度模型可分为单阶段模型、多阶段模 型、动态规划模型。三种调度模型算法各有优劣，应根据实际情况不同，比较和分析每种模 型的优缺点，选择适合的燃气调度模型。 5、燃气调度模型应用，主要是利用建立的燃气调度模型进行燃气调度，在进行燃 气调度之前应该首先对所建立的模型进行评估，评估结果好的模型才能用来进行燃气调 度，否则还需要重新进行建模。根据建模一评估一建模这样的闭环结构，来建立有效的模 型。 本发明的优点在于 提供了一套完整的包含生产计划数据采集、系统参数配置、自适应约束调整、燃气 动态预测、燃气优化调度系统；同时给出了对环境具有很强适应性的燃气优化调度方法
4自适应可选约束的钢铁企业燃气优化调度方法，用户只要使用该系统即可完成从数据提取 到燃气调度的所有功能，不需要再增加其它额外的工作。开放的模型库、算法库结构，便于 用户扩充以及与第三方软件的集成。
图1是本发明所述的一种自适应可选约束的钢铁企业燃气优化调度系统结构图。 其中，生产计划子系统1 ;燃气预测子系统2 ;系统配置子系统3 ;自适应子系统4 ;燃气优化 调度子系统5 ;保存打印子系统6。 图2是本发明所述的一种自适应可选约束的钢铁企业燃气优化调度方法组成图。 燃气优化调度方法7主要由五个部分组成燃气调度模型建立8、燃气调度模型数学描述9、 燃气调度模型改进10、燃气调度模型比较和分析11、燃气调度模型应用12。
图3是本发明的燃气优化调度系统的运行程序图。
具体实施例方式
图1 图3为本发明的一种具体实施方式
。 1)结合现场实际情况，进行燃气生产计划数据采集。 2)将采集的燃气生产计划数据，进行燃气供需动态预测。 3)针对燃气供需动态预测结果，进行系统建模。系统建模时，应该首先选择好建模 方法(不同的建模方法适合不同的情况)，然后选择参与建模的分析自变量和因变量，设置 建模需要的参数，然后就可以点击建模按钮进行系统建模。 4)建模后，可以直接在建模界面上先直观的观察建模效果，建模效果可以通过建 模效果图察看。如建模效果不理想，则应该重新建模。 5)对从建模效果图上观察认为建模效果不错的模型，进行模型评估操作。模型评 估时，首先导入所建模型；选择评估数据源，针对评估数据源，选择配对的自变量和因变量 (一定要保证评估数据源的自变量和因变量与所建模型的自变量和因变量一致)，如需要 对评估数据源进行预处理，则选择数据预处理操作；最后点击评估按钮，该系统则自动根据 所建模型进行评估计算，计算结果以数据表和图形两种方式展现。 6)针对评估计算结果，确定所建模型是否满足要求，如不满足要求，则需要重新进 行系统建模。 7)如果根据评估结果，认为所建模型满足要求，则进行燃气优化调度操作。
如图1所示本发明的系统包括生产计划子系统、燃气预测子系统、系统配置子系 统、自适应子系统、燃气优化调度子系统、保存打印子系统及连接各子系统的计算机网络。
如图2所示本发明的方法燃气优化调度方法7主要由五个部分组成燃气调度模 型建立8、燃气调度模型数学描述9、燃气调度模型改进10、燃气调度模型比较和分析11、燃 气调度模型应用12。 图3是本发明的燃气优化调度系统的运行程序图。 1)程序开始13首先进行生产计划数据提取14，通过灵活的数据提取方式，用户可 以有选择的提取建模和预测需要的样本数据。 2)利用提取后的源数据选择合适的预测模型进行燃气预测15分析，为燃气优化调度提供数据支持。 3)利用燃气预测的数据，合理选择燃气优化调度建模算法库中的建模算法，根据 建模提示进行燃气优化调度建模16，并可直观根据图形查看建模效果。 4)建模后的模型必须经过模型评估17才能使用，通过模型评估，判断所建立的模 型效果是否满足要求18，如果不满足要求，则需要重选建模方法19进行再次燃气调度建 模，建模后再进行模型评估，这样经过建模一评估一建模的闭环结构，来建立有效的燃气调 度模型。 5)建模评估后，满足要求的模型，则用来进行燃气优化调度20，燃气调度前需要 导入数据和模型。 6)对燃气调度的结果，可以以Excel格式、Txt格式、XML系统数据库格式保存燃 气调度结果21。 7)保存完燃气调度结果后，则系统一个完整的流程即运行完成，程序结束22。
权利要求
一种自适应可选约束的钢铁企业燃气优化调度系统，其特征在于包括生产计划子系统、燃气预测子系统、系统配置子系统、自适应子系统、燃气优化调度子系统、保存打印子系统、连接各子系统的计算机网络；生产计划子系统实现现场生产计划数据的采集，采集的数据包括燃气生产和消耗的历史实绩数据，钢铁企业主工序生产状态信息，钢铁企业燃气生产状态信息，燃气生产和消耗的实时数据、钢铁企业主工序和燃气生产工序生产计划数据和生产过程工艺参数数据；燃气预测子系统实现将生产计划子系统采集的生产计划数据利用选定的燃气预测模型进行燃气供需动态预测系统配置子系统实现燃气优化调度所需要的配置参数的建立，包括管网配置，调度规则库配置，调度单元配置，手动输入参数；自适应子系统运行燃气优化调度约束的自适应系统根据调度环境自适应地获取调度约束信息，增加或者减少调度单元以得到更加符合实际情况的调度策略；燃气优化调度子系统实现在确保生产任务和安全生产的基础上，根据调度目标给出燃气的最佳分配调度决策方案，用户选择调度目标函数，并对调度结果做出修改，添加新的约束条件，并重新生产调度方案；保存打印子系统用户每做出一次新的调度计算，都使用该系统打印出调度结果，除了以列表的形式反映在窗口外，还将以Excel的形式打印出来。
2. —种使用权利要求1所述系统进行钢铁企业燃气优化调度的方法，其特征在于a、 燃气调度模型建立，实现燃气调度管网模型和燃气调度单元模型的建立，建立钢铁 企业所包含的高炉煤气管网、焦炉煤气管网、转炉煤气管网、天然气管网模型；由调度单元 的特性，将调度单元分为生产单元、产销单元、缓冲单元、消耗单元；b、 燃气调度模型数学描述，调度问题的目标是，在给定生产计划、检修计划、系统当前 状态的前提下，基于已知燃气网络结构和单元模型，确定满足生产能源需求的燃气分配方 案；将调度目标表示成目标函数，为了保证生产安全、设备安全和燃气稳定供给的条件作为 约束条件；c、 燃气调度模型改进，燃气调度模型数学描述中建立的燃气优化调度模型是在某一时 段的基本模型，但在具体的优化调度中可能会根据当前状态对约束条件进行调整，这就是 可选约束的优化调度；而在现实中，很多变量状态是与前一时刻的状态相关的，因此需要将 单一特定时段的数学规划模型扩充到包含多时间段的数学规划调度模型，要考察在相当长 的一段时间内燃气调度优化情况；d、 燃气调度模型比较和分析，建立的燃气调度模型分为单阶段模型、多阶段模型、动态 规划模型；三种调度模型算法各有优劣，应根据实际情况不同，比较和分析每种模型的优缺 点，选择适合的燃气调度模型；e、 燃气调度模型应用，利用建立的燃气调度模型进行燃气调度，在进行燃气调度之前 应该首先对所建立的模型进行评估，评估结果好的模型才能用来进行燃气调度，否则还需 要重新进行建模；根据建模一评估一建模这样的闭环结构，来建立有效的模型。
全文摘要
一种自适应可选约束的钢铁企业燃气优化调度系统及方法，属于钢铁燃气调度技术领域。该系统包括生产计划子系统、燃气预测子系统、系统配置子系统、自适应子系统、燃气优化调度子系统、保存打印子系统。燃气优化调度方法包括燃气调度模型建立、燃气调度模型数学描述、燃气调度模型改进、燃气调度模型比较和分析、燃气调度模型应用。优点在于提供了一套完整的包含生产计划数据采集、系统参数配置、自适应约束调整、燃气动态预测、燃气优化调度系统；同时给出了对环境具有很强适应性的燃气优化调度方法自适应可选约束的钢铁企业燃气优化调度方法，用户只要使用该系统即可完成从数据提取到燃气调度的所有功能，不需要再增加其它额外的工作。
文档编号G05B19/418GK101763105SQ201010033628
公开日2010年6月30日 申请日期2010年1月7日 优先权日2010年1月7日
发明者余志刚, 孙彦广, 孙要夺 申请人:冶金自动化研究设计院