基于预测模型结果的钢铁企业煤气平衡调度系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于能源管理技术领域，提供了一种基于预测模型结果的钢铁企业煤气平 衡调度系统。
[0002] 煤气平衡调度系统创新性的结合了历史数据和煤气预测模型的预测结果以及基 于缓冲调节用户的分级分配。实现了历史、实时、预测数据高效有机的结合和参与决策平衡 分配，高效合理利用缓冲调节用户，实现科学合理组织煤气动态平衡分配的目的。
【背景技术】
[0003] 钢铁企业在生产钢铁产品的同时，产生大量的副产品煤气，是钢铁企业中重要的 二次能源，占企业总能源消耗的34%左右。为了节约能源，降低能耗，减少对环境的污染，合 理的管理利用煤气系统显得尤为重要。
[0004] 利用科学合理的预测模型和基于预测模型提供的平衡调度方法，达到合理调度使 用煤气系统的目的，实现节约能源资源、提高能源利用率、科学管理与保护环境统筹兼顾的 目的。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于为煤气系统的动态波动找到一种快速的平衡方法，在煤气波动 过程，判断煤气波动性质，对于需要平衡分配的情况根据平衡分配模型给出具体分配方案， 快速精确实现煤气调度平衡过程。
[0006] 煤气平衡调度系统包括压力传感器、流量传感器、数据存储模块、煤气预测模块和 煤气平衡模块。压力传感器及流量传感器安装于煤气管网进出口管道上，数据存储模块与 压力传感器、流量传感器相连接，数据存储模块将压力传感器、流量传感器中获得的数据进 行保存。煤气预测模块通过数据存储模块中的历史数据进行运算，得到预测数据；煤气平衡 模块根据预测数据以及其他平衡因素给出煤气波动的判断和平衡方案。
[0007] 1、所述的煤气预测模块从数据储存模块中读取煤气预测模块所需要的历史产量 数据和历史煤气量数据。
[0008] 前期样本数据采集：样本数据为历史产量数据和历史煤气量数据Y01C,，私分别 是：第j个用户或发生单位的历史产量相关数据HCj={HC; (1)，叫(2)，叫(3)，…叫(m)，} 和对应的i类煤气第j个用户或发生单位的历史煤气量数据呒j(1)，呒j(2)，(3)，… h(m)，}，样本的长度为m;待预测的生产计划产量Cj={Cj(1)，(^ (2)，(^ (3)(t)，}，t 为预测的步长；待预测数据的时间粒度决定了预测结果数据的时间粒度。历史产量数据和 历史煤气量数据都是通过流量传感器获得的储存在数据存储模块中。
[0009]将样本数据进行灰色累加，灰色累加的计算如下：
[0010]
[0011] 式中，X(0)(i)为样本数据，x(1)⑴为灰色处理后的数据，m为样本数据的长度。预 测完成后对预测结果进行灰色累减还原，计算公式如下：
[0012] x(0) (m) =x(1) (m)-x(1) (m-1)，2 彡m彡n
[0013] 式中，x(〇)(l) =x(1)(l)。
[0014] 具体使用了 ：生产计划预测模型（线性回归预测），适用于焦化厂煤气生产单位； 多层递阶回归分析预测模型（分析多种影响因素，拟合历史序列时具有较好的拟合效果）， 适用于热乳、冷乳、电厂煤气消耗单位；神经网络预测模型（采用了RBF神经网络模型来进 行），适用于炼铁、炼钢、白灰窑煤气消耗单位。
[0015] 所述的预测模型：
[0016] 1)RBF神经网络：
[0017]RBF神经网络可表达为下式所示：
[0018]
[0019] 选取基函数为高斯函数即：
[0020]
[0021]式中％为网络连接权值，x为n维输入向量，ci为第i个RBF隐含层的中心。〇i 为第i个隐含层的宽度，I|x_Cl|I为向量1-(^的范数。
[0022] 计算步骤
[0023] Stepl:按照时间序列的方式，对所有的样本数据进行排序操作；
[0024] St印2:对所有排序后的数据按照灰色累加进行求和操作；
[0025] St印3:设置预测精度以及训练次数，带入经过st印2处理过的YOlCj，私》到进行 训练，确定隐含层数目和模型结构；
[0026] Step4:Cj作为输入，计算符合精度要求的模型预测值；
[0027] St印5:灰色累减操作；
[0028] 2)多层递阶回归分析预测模型：
[0029] 模型数学表达式为：
[0030]
[0031] 式中aQ，ai，a2，…，为非变回归系数，Mk)为系统时变参数，Y(k)为预测对象， ui(k)为影响因子，e(k)零均值白噪声，m为预测因子个数，k流动时间。
[0032] 计算步骤：
[0033] St印1:用线性回归分析HCj=伍(^(1)，1^(2)，1^(3)，…HCjOn)，}，求得各因子相 应的回归系数；
[0034] St印2:将预报对象Y(k)即化={1^(1)，^(2)，1^(3)，~呒>)，}减去回归方 程的常数项作为新的预报对象Y'（k);将回归系数与某对应的预报因子ui(k)相乘，并看 成是一个新的因子ui'（k);
[0035] St印3:用均值近似法得出0Jk)的预报值；
[0036]Step4:建立系统的预测方程为
[0037]St印5:将待预测数据C,带入St印4中的预测方程求出P1];
[0038]预测输出的是i类煤气第j个用户或发生单位的煤气预测量P1]=p(HC,，HuC):
[0039]Plj= {Plj(l),Plj(2),Plj(3),
[0040] 样本数据的数据运算流程如附图2所示，预测结果计算完成后储存到数据存储模 块，以备其它模块调用。
[0041] 2、所述的煤气平衡模块对实时监测煤气柜的柜位CP(BC，CC，LC)、柜位变化速度 CS(BV，CV，LV)、管网压力（BNP，LCP，CCP，CBP1，CBP2)。柜位、柜位变化速度和压力数据是通 过流量和压力传感器获得的储存在数据存储模块中。
[0042]如果监测到的实时监测煤气柜的柜位CP、柜位变化速度CS、管网压力NP超出煤气 平衡范围的情况，标记下超出平衡范围对应的时间k，然后进行煤气波动的判断预警。
[0043] 实际生产过程的煤气管网波动可分为：1、由生产计划变动引起的：计划煤气波 动。例如铁线、钢线、乳线、电站等的检修引起生产计划变动，导致煤气产消发生变化引起煤 气管网出现波动。2、由计划外因素引起的：非计划煤气波动。例如煤气回收故障、泄漏、设 备故障等情况。
[0044] 当煤气出现超过平衡范围的波动时，需要对波动进行判断。判断过程如下：
[0045] 1)煤气波动判断预警程序首先从数据库中读入第j个用户或发生单位的生产计 划产量Cj{Cj(1)，Cj(2)，Cj(3)，…Cj⑴，}，（：为长度为t的时间序列，生产计划产量由工厂 的生产计划报表中获得。
[0046] 2)然后检测该波动出现时间k附近时间段内生产计划是否变动，如果检测 C, (k)辛C, (k+1)，则该时间生产计划有变动，提示k时间预报生产计划有变动，进入计划煤 气波动的平衡分配过程；
[0047] 3)如果检测Cj(k) =Cj(k± 1)，则时间k处没有生产计划的变动。
[0048] 继续读入k时间第i类煤气j用户或发生单位的实时小时流量Nhlj;i类煤气j用 户或发生单位的小时预测量Phl];的为i类煤气管网缓冲系数。如果
时，说 明j处i类煤气产生了波动变化，标记出i、j的值。并且给出报警处i类煤气产生了 波动变化"。进入非计划煤气波动的平衡分配过程；
[0049] 3、所述的煤气波动平衡分配：
[0050] 煤气用户从煤气消耗的特性来区别可分为：非缓冲调节用户和煤气缓冲调节用 户，非缓冲调节用户煤气消耗量基本保持不变。煤气缓冲调节用户根据可调节煤气流量又 可分为大流量缓冲调节用户和小流量缓冲调节用户。在煤气常规缓冲调节用户之外还有其 它煤气用户单位也可担负大流量煤气缓冲调节的作用，根据其在煤气分配过程的位置顺序 可分为：前端大流量缓冲调节用户和末端大流量缓冲调节用户；煤气波动平衡分配就是将 出现的煤气波动分配给缓冲调节用户。
[0051] 1)计划煤气波动平衡分配方法
[0052] 计划煤气波动是由是生产计划变动引起的，煤气的波动较大，主要平衡分配给大 流量缓冲调节用户。计划煤气波动的平衡属于静平衡的范围，煤气的静平衡已经由工厂的 煤气调度人员完成配平，形