本发明涉及炼油企业原油在线调合领域，尤其是原油非线性调合陷入局部极值或优化无解的情况。
背景技术：
现实应用中的约束优化问题，最优解往往位于约束边界上或约束边界附近，或者可行域占整个搜索空间(由可行域和不可行域组成)比例很小。在这种情况下，最优解附近的不可行解的位置很可能比位于可行域内部的可行解的位置更具参考价值，如何充分地利用不可行解寻找约束优化问题的全局最优解显得非常重要。
在石油石化行业，原油在线调合优化技术近年来已开始得到成功应用。该技术目前主要是以控制原油的硫含量、酸值、石脑油收率等指标为目的，降低了cdu装置的腐蚀程度，使装置平稳运行，同时保证二次生产装置的部分加工要求。
但是当优化性质包括辛烷值等非线性调合规则时，常常出现陷入局部极值或优化无解的情况，这主要是因为最优解往往位于约束边界上或约束边界附近，或者可行域占整个搜索空间(由可行域和不可行域组成)比例很小导致。当无法给出可行解时会造成：1)调合油性质超出cdu装置允许范围，加重了装置的腐蚀；2)生产出渣油等需二次加工的油品性质超标，不满足二次加工装置的要求；3)生产出的产品不合格，不能出厂销售。由此可见，为满足炼厂的正常生产，亟需解决此问题。
技术实现要素：
本发明针对现有技术中的不足，提出了一种基于拓展初始化范围的原油非线性优化调合方法。这种方法主要是解决了原油在线调合过程中，涉及到非线性优化目标优化无解或陷入局部极值的问题。
技术方案：一种基于拓展初始化范围的原油非线性优化调合方法，它包括以下步骤：对参与调合原油的m个组分的配方范围进行拓展产生拓展配方范围，在拓展配方上限范围、拓展配方下限范围、缩小配方范围及拓展配方范围内产生3m组初始质量份配比，进而优化求解获取组分原油的优化配方，并且计算各优化配方解的可行性，将可行的组分原油的优化配方解组成优化配方解的集合，根据原油非线性调合优化算法中目标函数值大小选出最优的一组解作为组分原油的最终配方。解决了原油在非线性优化调合过程中，容易陷入局部极值或优化无解的问题。
优选的，原油在调合优化过程中，调合优化各性质的计算，部分或全部采用非线性调合规则，其中，计算辛烷值采用二次非线性回归模型：
式(1)中，f(x)是调合后原油辛烷值大小；m为参与原油调合的组分数；xi是组分原油i调合质量占比；qi,j为调合组分原油i与j的调合效应系数，其大小与正负反映了不同原油之间的非线性作用，qi,j≠qj,i，qi,i＝qj,j＝1；ri,j为调合组分原油i与j的研究法辛烷值的算术平均值，ri,j＝(ri+rj)/2。
优选的，具体步骤如下：
i.获取原油调合基本参数，包括参与调合原油组分数m、原油性质、各组分配方范围xri(i＝1,2…m)，优化性质范围等约束条件；
ii.建立原油非线性调合优化方程；
iii.将各调合组分配方上限xmax,i和下限xmin,i均乘以(1+δ％)和(1-δ％)，得到拓展配方上限范围[xmaxl,i,xmaxu,i]、拓展配方下限范围[xminl,i,xminu,i]、缩小配方范围[xminu,i,xmaxl,i]及拓展配方范围[xminl，i,xmaxu，i]；
iv.在拓展配方上限范围[xmaxl,i,xmaxu,i]、拓展配方下限范围[xminl,i,xminu,i]、缩小配方范围[xminu,i,xmaxl,i]及拓展配方范围[xminl，i,xmaxu，i]内产生3m组初始质量份配比xbe；
v.从步骤iv中挑选第t组新初始质量份配比xbet，初始时t＝1；
vi.在其他的调合基本参数不变的情况下，以xbet为初始质量份配比，调用原油非线性调合优化算法求解组分原油的优化配方xst；
vii.判断步骤vi中求解的组分原油的优化配方xst是否为可行解，是可行解时进入步骤viii，否则直接进入步骤ix；
viii.将xst记录到xfs中，进入步骤ix；
ix.t＝t+1，当t<＝3m时，进入步骤v，否则进入步骤x；
x.结束获取组分原油的优化配方可行解过程；
xi.获取可行解的过程结束后，比较xfs中的所有组分原油的优化配方可行解，根据原油非线性调合优化算法中目标函数值大小选出最优的一组解作为最终的配方。
优选的，将各调合组分配方上限xmax,i和下限xmin,i均乘以(1+δ％)和(1-δ％)，得到拓展配方上限范围[xmaxl,i,xmaxu,i]和拓展配方下限范围[xminl,i,xminu,i]，其计算过程如下：
xri＝[xmin,ixmax,i]，其中i＝1,2…m(2)
xmaxl，i＝xmax,i×(1-δ％)(3)
xmaxu，i＝xmax,i×(1+δ％)(4)
xminl，i＝xmin,i×(1-δ％)(5)
xminu，i＝xmin,i×(1+δ％)(6)
式(2)-(6)中，xri为调合组分i的配方范围，xmax,i为调合组分i的配方最大值，xmin,i为调合组分i的配方最小值，m为参与原油调合的组分数，δ为调合组分i配方上下限被放大缩小的数值，δ介于[0，10]之间。
优选的，在拓展配方上限范围[xmaxl，i,xmaxu，i]、拓展配方下限范围[xminl，i,xminu，i]，缩小配方范围[xminu，i,xmaxl，i]，及拓展配方范围[xminl，i,xmaxu，i]内产生3m组初始配方xbe，其计算过程如下：
a)选取第i个组分的配方上限范围[xmaxl，i,xmaxu，i]，在此范围内随机产生质量份值xbg,i-1，剩余m-1个组分在其拓展配方范围[xminl，j,xmaxu，j]内亦各产生1个随机数共计m-1个随机数值xbg,j，将此m个随机数作为一组优化初始质量份配比xbei，1；
b)选取第i个组分的配方下限范围[xminl，i,xminu，i]，在此范围内随机产生一数值xbg,i-2，剩余m-1个组分在其拓展配方范围[xminl，j,xmaxu，j]内亦各产生1个随机数共计m-1个随机数值xbg,j，将此m个随机数作为一组优化初始质量份配比xbei，2；
c)选取第i个组分的缩小配方范围[xminu，i,xmaxl，i]，在此范围内随机产生一数值xbg,i-3，剩余m-1个组分在其拓展配方范围[xminl,j,xmaxu,j]内亦各产生1个随机数共计m-1个随机数值xbg,j，将此m个随机数作为一组优化初始质量份配比xbei，3；
d)将所有组分均重复步骤a、b、c步骤，共产生3m组初始质量份配比xbe。
优选的，所述原油非线性调合优化算法的目标函数为：
式(7)中，φ(x)为目标函数；h表示原油参与优化的性质个数，f(x)l为原油参与调合优化的第l种性质所采用的调合规则，包括线性和非线性调合规则；x为各调合组分油的配方，x＝[x1,x2…xm]，xi≥0；xmin，i和xmax，i分别为调合组分油i配方的最小值和最大值，xmin，i≥0，xmax，i≥0；λl为原油参与优化的第l种性质的权重，λl≥0；goall为原油参与优化的第l种性质的优化目标值，goall≥0；rangell为原油参与优化的第l种性质的目标下限，rangeul为原油参与优化的第l种性质的目标上限。
本发明的有益效果：
本发明的基于分区初始化的原油非线性优化调合方法，解决了原油在线调合过程中，优化性质目标采用非线性调合规则时容易陷入局部极值或造成优化无解的问题。避免了因优化时陷入局部极值或优化无解，造成常减压装置腐蚀严重，生产的产品不合格等情况。
附图说明
图1是一种基于拓展初始化范围的原油非线性优化调合方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施案例对本发明作进一步的说明。
下面以本发明在某炼油企业实际实施情况并结合一具体算例，给出详细的计算过程和具体的操作流程。该企业主要加工杰诺、达尔混合和巴士拉中、沙重、沙中、阿曼等原油，为了降低生产成本，通常将低硫原油和高硫原油混合加工。为了安全生产降低常减压装置的腐蚀程度，调合原油酸、硫含量值等要控制在常减压装置设计参数范围内。同时为提高二次加工装置生产的汽油辛烷值，也将原油的辛烷值作为优化性质项。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种基于拓展初始化范围的原油非线性优化调合方法工作流程主要包括以下步骤：
i.获取原油调合基本参数参数。
结合一具体算例，假设本批次调合参与调合的原油为杰诺、达尔混合原油和巴士拉中原油，参与优化性质包括硫含量、酸值、十六烷值和渣油硫含量，各油种性质即优化约束条件如表1所示：
表1参与调合原油性质及优化约束条件
其中辛烷值采用的调合规则为二次非线性回归模型且其权重最大，以辛烷值计算为例，具体见如下公式：
式(1)中，f(x)是调合后原油辛烷值大小；m为参与原油调合的组分数；xi是组分原油i调合质量占比；qi,j为调合组分原油i与j的调合效应系数，其大小与正负反映了不同原油之间的非线性作用，qi,j≠qj,i，qi,i＝qj,j＝1；ri,j为调合组分原油i与j的研究法辛烷值的算术平均值，ri,j＝(ri+rj)/2。
针对上述杰诺、达尔混合和巴士拉中的辛烷值调合效应系数如下表所示：
表2原油间ron调合效应系数
ii.获取原油调合非线性优化算法。原油非线性调合优化算法的目标函数为：
s.t.∑xi＝1,xi≥0
xmin，i≤xi≤xmax,i
i＝1,2,…m
rangell≤f(x)l≤rangeul(7)
式(7)中，φ(x)为目标函数；h表示原油参与优化的性质个数，f(x)l为原油参与调合优化的第l种性质所采用的调合规则，包括线性和非线性调合规则；x为各调合组分油的配方，x＝[x1,x2…xm]，xi≥0；xmin，i和xmax，i分别为调合组分油i配方的最小值和最大值，xmin，i≥0，xmax，i≥0；λl为原油参与优化的第l种性质的权重，λl≥0；goall为原油参与优化的第l种性质的优化目标值，goall≥0；rangell为原油参与优化的第l种性质的目标下限，rangeul为原油参与优化的第l种性质的目标上限；具体约束条件见表1。
iii.将各调合组分配方上限(xmax,i)和下限(xmin,i)均乘以(1+10％)和(1-10％)，得到拓展配方上限范围[xmaxl,i,xmaxu,i]、拓展配方下限范围[xminl,i,xminu,i]，缩小配方范围[xminu,i,xmaxl,i]，及拓展配方范围[xminl，i,xmaxu，i]。如表3所示：
表3参与调合原油的小配方范围
iv.根据表3，基于计算过程(a)～(d)，产生9组配方初始值：
a)选取第i个组分的配方上限范围[xmaxl，i,xmaxu，i]，在此范围内随机产生质量份值xbg,i-1，剩余m-1个组分在其拓展配方范围[xminl，j,xmaxu，j]内亦各产生1个随机数共计m-1个随机数值xbg,j，将此m个随机数作为一组优化初始质量份配方xbei，1；
b)选取第i个组分的配方下限范围[xminl，i,xminu，i]，在此范围内随机产生一数值xbg,i-2，剩余m-1个组分在其拓展配方范围[xminl，j,xmaxu，j]内亦各产生1个随机数共计m-1个随机数值xbg,j，将此m个随机数作为一组优化初始质量份配方xbei，2；
c)选取第i个组分的缩小配方范围[xminu，i,xmaxl，i]，在此范围内随机产生一数值xbg,i-3，剩余m-1个组分在其拓展配方范围[xminl,j,xmaxu,j]内亦各产生1个随机数共计m-1个随机数值xbg,j，将此m个随机数作为一组优化初始质量份配方xbei，3；
d)将所有组分均重复步骤a、b、c步骤，共产生3m组初始质量份配方xbe。
计算结果如表4所示：
表4参与调合原油的小配方范围表
v.从表4中，依次选取初始质量配比，并调用原油非线性调合优化算法，求出可行解。
最终获得优化可行解如表5所示。
表5产生的可行解及调合原油性质
由表5可得，共产生了4组可行解。
将上述四组解根据目标函数min