[发明专利]一种考虑多级指标的钢铁企业多能源日前调度优化方法

说明书

本发明提供了一种考虑多级指标的钢铁企业多能源日前调度优化方法，包括确立多准则评估指标，包括总系统指标和子系统指标；根据总系统的评估指标和能源管网情况建立针对钢铁企业多能源系统的优化模型；根据子系统的评估指标及其实际情况建立针对煤气子系统的优化模型；根据不同层级的评估指标和优化模型，定义总系统层级的为上层优化模型，子系统层级的为下层优化模型，构建双层优化模型；采用基于Actor‑Critic强化学习的双层级联式优化求解策略进行求解。本发明在每一步都兼顾两层优化模型来搜索优化解，得到子系统评估指标达标且总系统指标得到优化的能源投入量配置方案，为钢铁行业提供兼顾多级指标的日前调度优化方案，从而帮助企业制定生产计划。

技术领域

本发明涉及多能源调度优化技术领域，特别是涉及一种考虑多级指标的钢铁企业多能源日前调度优化方法。

背景技术

钢铁企业涉及煤、天然气、电力、副产煤气等多种能源，管网结构复杂。不合理的日前调度优化方案会导致生产能耗高、污染排放多等问题。然而，管网整体优化与能源子系统的局部优化往往存在矛盾。为保证如期完成生产计划，各能源介质往往处于供大于需的不平衡状态，为了减少整个系统的能源损失，钢铁企业往往尽量最大限度地对副产能源进行回收利用；然而子能源系统的分配利用水平有限，无法存储或利用的能源冗余只能放散处理，这就使得子能源系统的能源放散有所增加。造成上述问题的主要原因是多种能源的分配计划不合理。因此，需制定一种可以平衡多级指标之间冲突关系的日前调度优化方案，来合理配置多种能源介质的投入量，以保证钢铁产量的同时，最大限度地降低能耗、减少放散，使企业获得更大利润。

目前，已有一些针对能源系统优化利用的研究。但其中大量的研究都是针对单一能源系统或单一评估指标进行的优化，这种情况下系统结构和影响因素都相对简单。虽然也存在一些同时考虑多个目标的研究，但通常最终也通过转化为单目标问题进行求解，必不可少地松弛了对能源管网实际需求的考虑。然而，钢铁企业多能源系统优化涉及多项存在优化冲突、需要权衡折衷的评估指标，因此不能采取将多个优化目标直接加和的方式解决。此外，目前也有少量针对多能源系统的多指标优化研究，但涉及的能源系统结构仍较为简单，并没有包含完整的能源“产-消-存”流程，不适用于对钢铁企业多能源系统的多级指标进行优化建模。除了需要对多能流优化问题进行合理的建模，如何进行求解也是一个研究热点。目前的常用求解方法主要有数学解析法和多目标智能优化算法。然而，以线性规划、非线性规划和动态规划等为代表的数学解析法，不适用于目标函数非凸且非线性约束复杂的多目标优化问题；而常规的多目标智能优化算法对变量强耦合的复杂系统优化问题求解速度极慢，无法满足现场实际应用的需求。鉴于此，现在急需一种可以平衡多级指标之间的冲突关系，快速合理地确定日前调度优化方案的方法。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种考虑多级指标的钢铁企业多能源日前调度优化方法，针对各级指标具有冲突和耦合变量的层次优化问题，根据能源网络的实际配置，建立考虑总系统能源消费的多能源输入量和考虑子系统排放的副产气分配量的双层优化模型。为了有效求解所提出的双层模型，采用基于Actor-Critic强化学习的级联式优化方法，将总系统模型和子系统模型联合求解优化，得到最终的日前调度优化方案，实现总系统和子系统准则的最优权衡。

为了达到上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：

一种考虑多级指标的钢铁企业多能源日前调度优化方法，具体包括以下步骤：

步骤1，确立多级指标：确立由总系统指标和子系统指标构成的多级指标，并对各项指标数据进行数据预处理；

步骤2，双层评估优化建模：双层优化模型包括总系统层级的上层优化模型和子系统层级的下层优化模型，所述上层优化模型的建立过程包括确定针对钢铁企业多能源系统的总系统评估指标，根据总系统评估指标和多能源系统管网约束建立优化模型，以总系统评估指标最小为目标函数获得上层优化模型；所述下层优化模型的建立过程包括确定针对煤气子系统的子系统评估指标，将子系统评估指标作为优化约束条件，将发电机组总能耗最小作为目标函数获得下层优化模型；