一种钢铁企业煤气系统优化调度方法及系统与流程

本技术涉及调度，具体而言，涉及一种钢铁企业煤气系统优化调度方法及系统。

背景技术：

1、钢铁企业生产时会产生大量的煤气，包括高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气等。其中，高炉煤气是高炉生产时的副产物，也是钢铁企业各工序生产时主要利用的二次能源。

2、高炉煤气产生后，可以通过厂内的煤气管网输送至各用户，主要用户有热风炉、加热炉、锅炉、烧结点火炉、竖炉、回转窑等，若用户未能消纳所有煤气，则会出现煤气放散的情况。目前，钢铁企业普遍采用的高炉煤气调度方式为人工调度，主要是通过监测高炉煤气管网压力以及各工序的高炉煤气消耗流量，设定煤气管网压力的允许波动范围，通过电话的方式告知相关人员调整煤气用量。但是，由于该方式会导致煤气调度具有滞后性，会使得各工序的煤气消耗难以始终保持在较优水平，并且，通过人工调度的方式，可能会因为误判、漏报等因素导致较大的煤气管网压力和流量波动，对生产造成较大的影响。

3、基于此，有必要研究一种针对钢铁企业煤气系统的优化调度方法，以实现煤气智能调度，提高高炉煤气利用效率，减少高炉煤气放散。

技术实现思路

1、本说明书实施例的一个方面提供一种钢铁企业煤气系统优化调度方法，该方法包括：

2、获取与煤气产量相关的煤气系统数据和每一个煤气用户与煤气消耗量相关的工艺数据；

3、根据所述与煤气产量相关的煤气系统数据和所述与煤气消耗量相关的工艺数据进行预测，获取未来时间段内的预测煤气产量和每一个所述煤气用户在所述未来时间段内对应的预测煤气消耗量；

4、根据所述预测煤气产量和所述预测煤气消耗量确定约束条件；

5、在所述约束条件内基于所述预测煤气产量和每一个所述煤气用户对应的预测煤气消耗量对每一个煤气用户对应的分配煤气流量进行枚举，生成n个调度方案；

6、构建第一适应度函数和第二适应度函数，其中，所述第一适应度函数用于计算所述调度方案所对应的煤气放散总量，所述第二适应度函数用于计算所述调度方案所对应的分配煤气流量与所述预测煤气消耗量之间的总匹配度；

7、遍历所述n个调度方案，得到n个第一适应度和n个第二适应度；

8、根据所述n个第一适应度和所述n个第二适应度，得到n个第三适应度；

9、基于所述n个第三适应度从所述n个调度方案中确定目标调度方案，并根据所述目标调度方案对每一个所述煤气用户所对应的分配煤气流量进行自动调节。

10、在一些实施例中，所述根据所述与煤气产量相关的煤气系统数据和所述与煤气消耗量相关的工艺数据进行预测，获取未来时间段内的预测煤气产量和每一个所述煤气用户在所述未来时间段内对应的预测煤气消耗量，包括：

11、获取训练好的第一机器学习模型和第二机器学习模型；

12、对所述与煤气产量相关的煤气系统数据和所述与煤气消耗量相关的工艺数据进行预处理，所述预处理包括数据清洗、异常值处理和缺失值处理；

13、将经过所述预处理后的所述与煤气产量相关的煤气系统数据输入训练好的所述第一机器学习模型，得到所述未来时间段内的预测煤气产量；

14、将经过所述预处理后的每一个所述煤气用户对应的与煤气消耗量相关的工艺数据输入训练好的所述第二机器学习模型，得到每一个所述煤气用户在所述未来时间段内对应的预测煤气消耗量。

15、在一些实施例中，所述获取训练好的第一机器学习模型和第二机器学习模型，包括：

16、获取与煤气产量相关的样本煤气系统数据和每一个煤气用户与煤气消耗量相关的样本工艺数据；

17、通过所述样本煤气系统数据训练所述第一机器学习模型的煤气产量预测层，通过所述样本工艺数据训练所述第二机器学习模型的煤气消耗量预测层，其中，所述第二机器学习模型包括与每一个煤气用户分别对应的子模型；

18、构建预测误差拟合层；

19、将所述预测误差拟合层的第一输入层与所述煤气产量预测层的输出层全连接，得到所述第一机器学习模型；

20、将所述预测误差拟合层的第二输入层与所述煤气消耗量预测层的输出层全连接，得到所述第二机器学习模型。

21、在一些实施例中，所述构建预测误差拟合层，包括：

22、确定预测误差拟合规则，并根据所述预测误差拟合规则构建所述预测误差拟合层；

23、其中，所述预测误差拟合规则包括：

24、获取所述与煤气产量相关的煤气系统数据或所述与煤气消耗量相关的工艺数据在指定长度的相邻时间段内的同比变化度；

25、将所述煤气产量预测层得到的煤气产量预测结果或所述煤气消耗量预测层得到的煤气消耗量预测结果与所述同比变化度进行乘积计算，获取预测结果变化量；

26、根据所述预测结果变化量对所述煤气产量预测结果或所述煤气消耗量预测结果进行误差拟合。

27、在一些实施例中，所述约束条件至少包括：

28、每一个煤气用户所对应的分配煤气流量与对应预测煤气流量的差值小于或等于二者之中较小值的20％；以及

29、所有煤气用户所对应的分配煤气总流量小于所述预测煤气产量，且大于或等于所述预测煤气产量的85％。

30、在一些实施例中，所述第一适应度函数如下所示：

31、

32、其中，sk表示第k个调度方案对应的煤气放散量数据集，f1,f2,…,fn分别表示第1～n个煤气用户在第k个调度方案下所对应的煤气放散量，fi表示第i个煤气用户对应的煤气放散量，表示第k种调度方案所对应的第一适应度。

33、在一些实施例中，所述第二适应度函数如下所示：

34、

35、其中，pk表示第k个调度方案对应的匹配度数据集，d1,d2,…,dn分别表示第1～n个煤气用户在第k个调度方案下所对应的分配煤气流量与所述预测煤气消耗量之间匹配度，yi表示第i个煤气用户所对应的预测煤气消耗量，bi表示第i个煤气用户所对应的分配煤气流量，min(yi,bi)表示取yi和bi中的较小值，di表示第i个煤气用户所对应的匹配度，表示第k种调度方案所对应的第二适应度。

36、在一些实施例中，所述根据所述n个第一适应度和所述n个第二适应度，得到n个第三适应度，包括：

37、基于所述n个第一适应度和所述n个第二适应度构建权重分析矩阵；

38、对所述权重分析矩阵进行熵权法分析，获取所述第一适应度对应的第一权重和所述第二适应度对应的第二权重；

39、基于所述第一适应度、第二适应度、第一权重以及所述第二权重，得到所述第三适应度。

40、在一些实施例中，所述基于所述n个第一适应度和所述n个第二适应度构建权重分析矩阵，包括：

41、对所述n个第一适应度和所述n个第二适应度进行标准化处理，得到n个第一标准化适应度和n个第二标准化适应度，其中，所述标准化处理包括归一化处理；

42、以所述n个第一标准化适应度为第一列元素，以所述n个第二标准化适应度为第二列元素，得到所述权重分析矩阵。

43、本说明书实施例的另一个方面还提供一种钢铁企业煤气系统优化调度系统，该系统包括：

44、获取模块，用于获取与煤气产量相关的煤气系统数据和每一个煤气用户与煤气消耗量相关的工艺数据；

45、预测模块，用于根据所述与煤气产量相关的煤气系统数据和所述与煤气消耗量相关的工艺数据进行预测，获取未来时间段内的预测煤气产量和每一个所述煤气用户在所述未来时间段内对应的预测煤气消耗量；

46、约束条件确定模块，用于根据所述预测煤气产量和所述预测煤气消耗量确定约束条件；

47、调度方案生成模块，用于在所述约束条件内基于所述预测煤气产量和每一个所述煤气用户对应的预测煤气消耗量对每一个煤气用户对应的分配煤气流量进行枚举，生成n个调度方案；

48、适应度函数构建模块，用于构建第一适应度函数和第二适应度函数，其中，所述第一适应度函数用于计算所述调度方案所对应的煤气放散总量，所述第二适应度函数用于计算所述调度方案所对应的分配煤气流量与所述预测煤气消耗量之间的总匹配度；

49、第一适应度和第二适应度确定模块，用于遍历所述n个调度方案，得到n个第一适应度和n个第二适应度；

50、第三适应度确定模块，用于根据所述n个第一适应度和所述n个第二适应度，得到n个第三适应度；

51、目标调度方案确定模块，用于基于所述n个第三适应度从所述n个调度方案中确定目标调度方案，并根据所述目标调度方案对每一个所述煤气用户所对应的分配煤气流量进行自动调节。

52、本说明书实施例所提供的钢铁企业煤气系统优化调度方法及系统可能带来的有益效果至少包括：(1)通过根据数据采集装置采集得到的与煤气产量相关的煤气系统数据和各煤气用户与煤气消耗量相关的工艺数据进行预测，获取未来时间段内的预测煤气产量和每一个煤气用户在该未来时间段内对应的预测煤气消耗量，可以更好地表征未来时间段内的煤气产量情况和各煤气用户的煤气消耗量情况，为后续煤气流量分配提供有效的参考；(2)通过构建预测误差拟合规则，可以根据预测结果变化量对煤气产量预测结果或煤气消耗量预测结果进行误差拟合，从而以实现对煤气产量预测结果或煤气消耗量预测结果的自动修正和优化；(3)通过在约束条件内基于预测煤气产量和每一个煤气用户对应的预测煤气消耗量对每一个煤气用户对应的分配煤气流量进行枚举，生成n个调度方案，然后构建适应度函数以评价各个调度方案所对应的第一适应度、第二适应度和第三适应度，最后基于第三适应度从n个调度方案中确定目标调度方案，并根据该目标调度方案对每一个所述煤气用户所对应的分配煤气流量进行自动调节，可以确定出煤气放散总量最小、分配煤气流量与预测煤气消耗量之间的总匹配度最大的调度方案，从而可以提高煤气调度控制的精细化程度，优化高炉煤气的利用效率，减少煤气放散和环境影响；(4)通过准确的煤气产量和煤气消耗量预测，以及相应的调度方案进行煤气自动调度，还可以避免人工调度所导致的滞后性，降低煤气管网压力的波动性，提升高炉煤气系统的稳定性和可靠性。

53、附加的特征将在下面的描述中部分地阐述。对于本领域技术人员来说，通过查阅以下内容和附图将变得显而易见，或者可以通过实例的产生或操作来了解。本说明书的特征可以通过实践或使用以下详细实例中阐述的方法、工具和组合的各个方面来实现和获得。