[发明专利]一种基于多目标优化算法的能源动态平衡与优化调度方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁企业能源动态平衡与优化调度领域，尤其涉及一种基于多目标优化算法的钢铁企业能源动态平衡与优化调度方法。

背景技术

钢铁工业是国民经济的基础性支柱产业，同时又是资源、能源密集型产业。能源消耗是决定钢铁工业生产成本和利润的重要因素，也是影响环境负荷的主要原因。一方面，钢铁企业生产流程长，工序、设备繁多，各工序间相互衔接，且每种工序、设备都与多种能源介质关联；另一方面，钢铁企业需要用到的能源种类超过20种，这些能源介质不仅各自存在产耗、储存、缓冲和输配等多种形态，而且相互之间有着复杂的转换、替代等关联关系，这都使得整个钢铁企业能源系统网络结构紧密耦合、错综复杂。因此，对钢铁企业能源系统的研究具有理论和现实两方面的重要意义。

近年来，国内外研究人员已经在钢铁企业能源系统研究工作中取得了许多成果，大致可归为能源预测及能源平衡、调度两个方向。其中，能源平衡、调度的研究成果主要集中在煤气或蒸汽等单一能源介质系统中，而综合考虑多种能源介质的耦合关系并实施优化调度的成果还不多见。文献(孙彦广.钢铁企业能量流网络信息模型及多种能源介质动态调控[C].香山科学会议第356次学术讨论会.2009:123-131.)于2009年在香山科学会议上提出了多种能源介质分解-协调优化策略和实现方法，以提升能源中心调控水平，实现钢铁企业能源系统高效有序运行。文献(罗先喜，苑明哲，徐化岩，等.面向钢铁企业的先进能源管理系统研究新进展[J].信息与控制.2011,40(6):819-828.)把基于全流程优化控制与系统节能思想的能源系统作为钢铁企业能源系统发展的高级阶段。这些成果高屋建瓴，以高度概括的方式为钢铁企业能源系统的研究指明了方向，但唯一的缺憾是它们都聚焦在理论层面，对具体实践的指导不明确。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于多目标优化算法的能源动态平衡与优化调度方法，以解决现有技术缺少钢铁企业多能源介质综合的动态平衡与优化调度方法的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种基于多目标优化算法的能源动态平衡与优化调度方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，获取钢铁企业能源系统网络拓扑结构以及煤气、蒸汽和电力子系统中的各单元设备信息；

步骤2，获取各种能源介质的供需预测数据、生产检修计划和其他设定信息；

步骤3，建立钢铁企业能源动态平衡与优化调度数学模型，确定优化调度模型的优化变量为确定煤气子系统的能源成本目标函数J₁、蒸汽子系统的能源成本目标函数J₂和电力子系统的能源成本目标函数J₃，确定所述优化调度模型的目标函数为确定优化调度模型的约束条件；

其中，i为煤气管网的序号，j为煤气子系统中单元设备的序号，t为调度周期序号，分别设备的煤气消耗量和产生量，n为蒸汽和电力子系统中单元设备的序号，s为蒸汽管网的序号，为设备n消耗的煤气量，为设备n入口蒸汽流量，为设备n出口产生/抽汽/凝汽流量，z_n,t为设备n产生的电量；

步骤4，将转化为具有两个优化目标的问题：

并且满足所有约束条件，其中：

具体地，g_k(·)为不等式约束，h_k(·)为等式约束，k为不等式约束或等式约束的序号；δ为设定的一个较小的正数；

步骤5，采用多目标优化算法对所述步骤4中得到的所述两目标优化问题进行求解，并应用Pareto支配关系和Pareto优超数作为个体排序选择的准则，其中，Pareto优超数的定义为：

设为进化种群pop中一个个体，用表示种群中Pareto优于的个体总数，称为的Pareto优超数，#表示集合中的元素个数。

本发明实施例提供的一种基于多目标优化算法的能源动态平衡与优化调度方法的有益效果包括：

(1)克服了传统研究仅对单一能源介质进行平衡和调度的缺陷，综合考虑了钢铁企业多种能源介质的耦合关系，从综合调度和全局优化的角度给出了多能源介质动态平衡与优化调度的技术方案，对具体实践的指导意义明确。

(2)应用多目标优化的基本思想，将钢铁企业能源综合调度这一复杂的约束优化问题转化为包含两个目标的多目标优化问题，其中，第1个目标取为原问题的目标函数值，第2个目标由约束条件转换得到，表示违反所有约束条件的程度，这种转换方法为研究钢铁企业能源动态平衡和优化调度问题提供了新的思路和途径。