专利名称：一种基于管网计算的蒸汽管网混合调度系统的制作方法
技术领域：
本发明属于蒸汽管网混合调度技术领域，特别是提供一种基于管网模型计算的蒸汽管网混合调度系统，进而实现优化、高效的管网调度。
背景技术：
在钢铁企业里，蒸汽系统时具有大时滞、大惯性、非线性、多变量耦合、变参数等特点的复杂对象，具体表现在多分散用户、多汽源、多压力等级(高、中、低压)、多工况变化 (季节、生产方案)，面对复杂运行状况，管理人员大多数还是采用“因应式”的调度管理方式，依靠多年来生产所积累的经验指挥系统运行，时常发生放空、降质使用等情况，造成极大的浪费。这样必然导致调度的盲目性和管网运行的低效。调度是在一定约束条件下，为特定对象设计流程，并指定各任务在流程的顺序和时间安排的过程。蒸汽系统调度的目标是，在给定生产计划、检修计划、系统当前状态的前提下，基于已知管网工况仿真计算，确定满足生产蒸汽需求的最佳分配方案。显然，该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，把保证生产安全、设备安全和蒸汽稳定供给的众多条件作为约束条件。按照调度算法所依据的机理，调度方法可分为两类基于模型的调度和基于规则的调度。基于模型的调度方法通常将具体的问题表示成带有约束条件的数学模型，对模型运用一定的调度算法，根据特定目标，寻求有效的求解策略。如数学规划方法、分支定界法、消去法等。该类方法通常能够得到问题的最优解，其缺点在于，随着调度问题规模的扩大，调度问题的求解复杂度成指数增长，难度急剧增加。基于规则的调度根据一定的调度规则或策略来确定调度方案，从而避免了大量的复杂计算，效率高，实时性好。如启发式算法。基于规则的调度的一个明显问题是，这种方法不能保证解的最优性， 通常只能提供一定程度的次优可行解，缺乏对整体性能的有效把握。将两种调度方法相结合，取长补短，是有效解决调度问题的方向。本发明将建立一种优化高效的蒸汽管网混合调度算法，实现蒸汽管网运行的优化高效调度，实现蒸汽按质用能、梯级利用的使用规则，满足企业生产要求，提高生产效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于管网模型计算的蒸汽管网混合调度系统，实现优化高效的蒸汽管网混合调度算法，提高蒸汽调度效率。在企业中用户和汽源点分散广，管线较长，蒸汽在通过管线输送后到达用户时的压力和温度变化很大；又由于工艺加工量、产品方案、气候、季节等因素变化会引起各工艺过程蒸汽的需求周期性变化，从而导致管网中各管道的蒸汽流量频繁的变化；管网运行一段时间以后，管道自身的参数也会发生变化，因此到达用户的蒸汽参数有时会变化很大，以至于产生的蒸汽输送到目的地后不能满足用户的要求，使得工艺过程用能质量下降、能耗增加、用能不合理。简单地通过增加产汽参数虽然可以解决这些问题，但是盲目的提高产汽参数会导致能量的浪费。这样粗放的调度显然偏离了企业的实际运行情况，只能是简化条件下的最优解，在工程中实施有一定的难度。建立基于管网仿真计算的调度方案，对调度方案进行调整和验证，实现管网调度方案的最优解。 分别对蒸汽系统建立数学规划模型和企业规则库模型，以启发式规则调度为主，通过数学规划方法根据情况在备选规则间进行选择，从而达到最优的控制效果。首先建立蒸汽系统的数学规划模型，考虑产汽设备的启动和停运、维修、折旧、燃料费用等因素，按一段时间内有P个操作周期的运行优化问题，以全周期内总费用为目标函数，总费用为各个操作周期的燃料费用、给水费用、设备折旧维护费用以及锅炉、汽轮机的启停费用之和，建立目标函数。企业规则库模型以企业调度规则为知识库建立调度模型。本发明硬件系统包括关系数据库服务器，实时数据库服务器，应用服务器，工程师站。关系数据库服务器与工程师站和应用服务器相连，应用服务器除与关系数据库服务器相连外，还与实时数据库和工程师站相连，保持三者之间数据交换。应用模块包括关系数据库，数据采集模块，数据结果显示模块，管网模型计算模块和管网调度模块。其中数据结果显示模块部署在工程师站，管网模型计算模块和调度模块部署在应用服务器，关系数据库部署在关系数据库服务器，数据采集模块部署在实时数据库。关系数据库是显示模块与模型计算模块、调度模块之间的数据通讯媒介。模型计算程序与调度模块程序将计算结果写入关系数据库，显示模块再从关系数据库中读出并予以显示。关系数据库存储用于模型计算、调度、数据显示的数据。包括管点信息，管段信息，模型计算结果，调度方案结果等信息。数据采集模块由实时数据库和现场采集仪表以及传输网络组成；现场采集仪表将信息实时传入实时数据库中，并有数据采集模块根据要求相管网耦合计算模型提供数据。数据结果显示模块数据接口部分，为模型计算提供数据输入功能，包括读取数据文件，直接读取GIS信息功能；计算结果的显示对模型计算结果实现多种方式显示，包括图表显示和图形显示；管网模型计算模块包括I、建立多气源管网拓扑模型结构，并对管网结构进行合理适当的串联、并联简化，便于模型计算；2、基于IF97公式，水力学热力学定律，以及基尔霍夫定律建立蒸汽管网水力热力耦合计算模型；3、通过牛顿-拉夫逊法求解管网水力热力模型，通过压降计算公式，将节点流量连续方程组表示为以管段压降为未知量的方程组；之后，利用环路压降能量方程，将方程中的管段压降表示为管段始段、末段压力的差值，得到关于节点压力的非线性方程组；利用泰勒公式将方程组线性化，并对其求解，得到独立节点压力的修正量。采用同样流程，可得到独立节点温度的修正量。随后迭代求解独立节点压力、温度，管段压降、温降，管段流量和参考节点流量，直到满足精度要求。管网调度模块I、蒸汽管网数学规划、企业规则混合调度模型(I)建立数学规划目标函数考虑一段时间内有P个操作周期的运行优化问题，以全周期内总费用为目标函数，总费用为各个操作周期的燃料费用、给水费用、设备折旧维护费用以及锅炉、汽轮机的启停费用之和。目标函数为
权利要求
1.一种基于管网模型计算的蒸汽管网混合调度系统，包括关系数据库服务器，实时数据库服务器，应用服务器，工程师站；关系数据库服务器与工程师站和应用服务器相连， 应用服务器除与关系数据库服务器相连外，还与实时数据库和工程师站相连，保持三者之间数据交换；应用模块包括关系数据库，数据采集模块，数据结果显示模块，管网模型计算模块和管网调度模块；数据结果显示模块部署在工程师站，管网模型计算模块和调度模块部署在应用服务器，关系数据库部署在关系数据库服务器，数据采集模块部署在实时数据库；关系数据库是显示模块与模型计算模块、调度模块之间的数据通讯媒介；模型计算程序与调度模块程序将计算结果写入关系数据库，显示模块再从关系数据库中读出并予以显 关系数据库存储用于模型计算、调度、数据显示的数据；包括管点信息，管段信息，模型计算结果，调度方案结果信息。数据采集模块由实时数据库和现场采集仪表以及传输网络组成；现场采集仪表将信息实时传入实时数据库中，并有数据采集模块根据要求相管网耦合计算模型提供数据；数据结果显示模块数据接口部分，为模型计算提供数据输入功能，包括读取数据文件，直接读取GIS信息功能；计算结果的显示对模型计算结果实现多种方式显示，包括图表显示和图形显示；管网模型计算模块的功能包括建立多气源管网拓扑模型结构，并对管网结构进行合理适当的串联、并联简化，便于模型计算；基于IF97公式，水力学热力学定律，以及基尔霍夫定律建立蒸汽管网水力热力耦合计算模型；通过牛顿-拉夫逊法求解管网水力热力模型，通过压降计算公式，将节点流量连续方程组表示为以管段压降为未知量的方程组；之后，利用环路压降能量方程，将方程中的管段压降表示为管段始段、末段压力的差值，得到关于节点压力的非线性方程组；利用泰勒公式将方程组线性化，并对其求解，得到独立节点压力的修正量；采用同样流程，得到独立节点温度的修正量；随后迭代求解独立节点压力、温度，管段压降、温降，管段流量和参考节点流量，直到满足精度要求；管网调度模块的功能是实现蒸汽管网数学规划、企业规则混合调度模型，计算模型方案验证。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，实现蒸汽管网数学规划、企业规则混合调度模型包括一下步骤(I)建立数学规划目标函数考虑一段时间内有P个操作周期的运行优化问题，以全周期内总费用为目标函数，总费用为各个操作周期的燃料费用、给水费用、设备折旧维护费用以及锅炉、汽轮机的启停费用之和；目标函数为
3.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述的计算模型方案验证包括如下步骤:(I)在汽源正常产汽参数和用户的蒸汽需求量条件下，不考虑蒸汽通过管网传输过程中的参数变化影响，根据估计的用户参数，求解优化运行的调度模型，得到最优的运行方(2)根据步骤一优化求得的汽源产汽量，通过管网仿真计算得到到达各用户的蒸汽参数；(3)是判断到达用户蒸汽参数是否满足需求，如不满足则提高汽源的产汽参数，回到步骤(I)，重新计算；如满足则确定调度方案，结束。
全文摘要
一种基于管网计算的蒸汽管网混合调度系统，属于蒸汽管网混合调度技术领域。系统包括关系数据库服务器，实时数据库服务器，应用服务器，工程师站。关系数据库服务器与工程师站和应用服务器相连，应用服务器除与关系数据库服务器相连外，还与实时数据库和工程师站相连，保持三者之间数据交换。应用模块包括关系数据库，数据采集模块，数据结果显示模块，管网模型计算模块和管网调度模块。其中数据结果显示模块部署在工程师站，管网模型计算模块和调度模块部署在应用服务器，关系数据库部署在关系数据库服务器，数据采集模块部署在实时数据库。优点在于更切合企业生产实际需要；在调度模型基础上，通过管网模型计算和调度方案互相验证，实现调度策略的精确性和实时性。
文档编号G06Q50/00GK102609882SQ20121001102
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者于立业, 傅登明, 刘嘉, 孙彦广, 张鹏飞, 徐化岩, 曾玉娇, 朱寅, 李勇, 苏胜石, 马湧 申请人:冶金自动化研究设计院