[发明专利]一种蒸汽动力系统的操作优化方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及蒸汽动力领域，具体而言，涉及一种蒸汽动力系统的操作优化方法和装置。

背景技术

蒸汽动力系统是大型化工或石油化工联合装置中的重要组成部分，其任务是向过程系统提供所需要的动力、电力、热能等公用工程，蒸汽动力系统的设计水平、运行和控制性能对过程工业的能量利用效率和经济性有重要影响。

蒸汽动力系统流程结构固定的系统参数优化，主要包括现有系统操作条件的优化和新系统设计或旧系统改造时对某一结构方案的设计参数和操作条件的优化。目前，针对这类蒸汽动力系统操作参数优化的方法主要有线性规划法、非线性规划法和带有混合整数的非线性规划法。

蒸汽动力系统的线性规划模型一般用于系统蒸汽负荷的优化配置。由于必须回避出现流股混合节点的能量平衡等非线性性条件，蒸汽动力系统的线性数学规划模型需要将流股和设备节点的温度和压力条件进行固定，从而使问题得以简化为线性模型。线性模型的优点是优化求解便利。即使在此基础上进一步考虑设备开关等混合整数性，使模型成为混合整数线性模型，其求解也是较为便利的。线性模型的缺点是很难对蒸汽流量以外的其它变量，如蒸汽压力和蒸汽温度，进行优化调节。蒸汽压力及温度的优化需要至少保证实现两个关键点，即能够较为精确的计算蒸汽热力学性质，和计算蒸汽混合过程的能量平衡，而这两点线性模型都很难做到。因此线性模型的优化配置范围是有限的。

对于非线性规划法，可以建立更切合实际的蒸汽动力系统非线性（NLP）模型，即较为精准的描述水蒸气的热力学特性、蒸汽混合过程能量平衡系统和热电设备的性能特征关系等非线性过程调节。非线性数学规划法生成的蒸汽动力系统模型的优点是对系统的描述较为精准，能够将实际系统中诸多复杂的操作运行关系集成到模型中。这种建模方法的缺点是优化求解的难度较大，蒸汽动力系统中诸多设备模型存在非凸非连续的特征，且包含很强的约束条件，造成了优化求解的难度。但虽然求解难度很大，蒸汽动力系统的非线性模型依然是可以进行求解的，通过合理的算法选择，能够在较短的求解时间内，得到较为可靠的局部最优解。

带有混合整数的非线性数学模型，可以在一般非线性模型的基础上，进一步描述设备开停等问题。但其求解则较非线性规划模型更加困难。对于混合整数非线性问题，一般优化方法都很难得到较优的结果，往往需要借助随机优化算法，如遗传算法和模拟退火法等。用随机算法求解蒸汽动力系统混合整数非线性模型，其计算量大，计算时间相当长，很难保证即时得到优化结果。

如何实现蒸汽动力系统操作参数优化既准确合理，又有较快的优化计算速度，从而解决蒸汽动力系统操作参数优化的相关瓶颈，为本领域技术人员的研究方向所在。

发明内容

本发明提供一种蒸汽动力系统的操作优化方法和装置，用以克服现有技术中存在的至少一个问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种蒸汽动力系统的操作优化方法，包括以下步骤：

确定蒸汽动力系统所包含的各设备的性能特征参数以及蒸汽动力系统的工艺参数；

根据蒸汽动力系统的能量守恒方程、蒸汽动力系统的质量守恒方程、各设备的能量守恒方程、各设备的质量守恒方程以及各设备的性能特征参数和蒸汽动力系统的工艺参数建立蒸汽动力系统的非线性数学模型；

对非线性数学模型进行模拟求解，得到模拟运算结果；

设定非线性数学模型中优化变量的取值范围，以及设定非线性数学模型的优化目标函数；

将模拟运算结果作为非线性数学模型优化运算的初始可行解，在优化变量的取值范围内，采用序列二次规划法和序贯线性规划法混合优化方法对非线性数学模块进行优化求解，得到优化求解结果；

判断优化求解结果是否使得优化目标函数的值在优化变量的取值范围内达到最小，如果是，则将优化求解结果作为蒸汽动力模型的运行参数。

可选的，如果优化求解结果不能使得优化目标函数的值在优化变量的取值范围内达到最小，则跳转执行设定非线性数学模型中优化变量的取值范围，以及设定非线性数学模型的优化目标函数步骤，调整优化变量的取值范围，重新对非线性数学模型进行优化求解。

可选的，优化变量包括蒸汽动力系统中流股及设备关键节点的蒸汽负荷分配、压力和温度值中的至少一项。

可选的，蒸汽动力系统中汽轮机或蒸汽透平的性能特征方程为以下任一种：

第一种，W=F·Δh·η，其中W为汽轮机发电量或蒸汽透平做功，F为蒸汽流量，Δh为等熵焓降，η为汽轮机或蒸汽透平的发电做功效率；