[发明专利]一种基于管网计算的蒸汽管网混合调度系统

权利要求书

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1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：

(1)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：

minC=ΣtΣnCFFn×Ynt+ΣtΣn(ΣiFFnit×Cfi+CWFnt×Ccw+]]>

Cn×ZOnt)+ΣtCP×PFt+ΣtΣrCsr×SFrt]]>

其中：CEF_n设备n的维护折旧费用；Y_nt周期t设备n是否运行；FF_nit周期t单元设备n的燃料i的用量；C_fi燃料i的单价；CWF_nt周期t单元设备n的给水或冷却水流量；C_cw水单价；C_n设备n单次启动费用；ZO_nt周期t单元设备n是否存在启停费用；C_P外购电单价；PF_t周期t外购电量；C_sr外购r等级蒸汽单价；SF_rt周期t外购r等级蒸汽量。同时考虑约束条件，包括：单元设备n的物料平衡方程，单元设备n的能量平衡方程，设备能力约束，周期t满足蒸汽和电力的需求约束，设备单台启停约束，周期t锅炉燃料的约束；

(2)建立企业规则调度知识库

(a)依据生产计划，做好蒸汽的产耗平衡调度；

(b)当出现非计划性的变动，蒸汽调度首先要保证设备和管网的安全，然后考虑蒸汽产耗的重新匹配；当在某些情况，蒸汽调度无法支撑所有生产环节的完全运行，需要按照优先顺序，对产、耗环节进行动态调整；

(c)在保证安全生产的前提下，兼顾效益最大化；

蒸汽供应来源有三个：锅炉产汽，汽轮机抽汽，余热供汽；其中余热供汽没有生产成本，也就是说成本费用最低，因此应优先使用余热蒸汽，余热蒸汽不够时，根据成本最低原则选择合适汽源；

(3)企业规则库、数学规划混合调度

蒸汽调度采用将数学规划调度和启发式规则调度相结合，当产汽、用汽设施有计划发生变化，预判其变化幅度后，首先适时增或减干熄焦发电机组抽汽量，其次根据数学规划求解调整合适锅炉气源的负荷。

3.根据权利要求1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：

(1)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，得到最优的运行方案；

(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(1)，重新计算；如满足则确定调度方案，结束。