[发明专利]一种钢铁企业煤气消耗设备时序优化方法

说明书

本发明公开了一种钢铁企业煤气消耗设备时序优化方法。在建立煤气消耗特性模型的基础上，建立了煤气消耗设备时序优化模型，该模型以自备电厂输入热量波动最小和设备运行状态改变次数最少为优化目标，以电厂煤气热量、热值、流量等为约束条件，将数学问题转化为0‑1整数规划问题。本发明采用多目标遗传算法对数学问题模型进行求解，并对基因的选取方案进行设计，将“0”、“1”在矩阵中的位置设置为算法的基因，实现了设备时序简单有效的优化。

技术领域

本发明属于钢铁企业能源优化调度领域，特别涉及了一种钢铁企业煤气消耗设备时序优化方法。

背景技术

钢铁企业煤气系统结构复杂，设备众多，分为煤气生产设备，煤气消耗设备，煤气缓冲设备。各设备对高炉煤气、焦炉煤气与转炉煤气的生产与消耗特性各不相同，由此常常会会出现煤气系统的产耗不平衡问题，不仅会造成能源的浪费，也会严重影响钢铁企业的正常生产。

目前针对钢铁企业煤气系统的优化问题，已有大量研究并建立了众多的优化调度模型，模型大多是短时间内的优化调度模型(5分钟左右的动态平衡)与对较长时间内煤气总量优化模型(年、月、日的静态平衡)，前者以调节煤气柜与自备电厂的存储量与消耗量为手段进行煤气平衡，后者以调节各设备生产量为手段进行煤气平衡，对于日际内既定生产时长条件下(即按照生产需求已知一日内各设备的生产时长)的煤气消耗设备时序优化问题研究较少，尚未有研究采用煤气消耗设备时序优化方法，作为调节钢铁企业煤气系统产耗平衡优化的手段，本发明从这一角度入手，为钢铁企业能源优化调度补充了一种调节手段。

以往的研究大多忽视输入电厂的热量波动问题，而且煤气消耗设备时序优化易造成煤气消耗运行状态频繁改变。此外，目前很多煤气优化调度模型都涉及到了0-1规划问题(模型中限制变量取值只能是0或1，这类整数规划问题称为0-1规划问题)，目前有少量研究对包含0-1整数规划问题的模型采用遗传算法求解，但是其解决方案中的基因设置方式，使得基因维数多，增加了模型的求解难度。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种钢铁企业煤气消耗设备时序优化方法，能够对钢铁企业进行时序优化，在维持煤气产耗平衡，降低输入自备电厂热量波动，减少煤气消耗设备运行状态改变次数的同时，降低模型求解难度。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种钢铁企业煤气消耗设备时序优化方法，包括以下步骤：

步骤1：将所有消耗煤气的设备分类，分为煤气生产设备、煤气消耗设备与自备电厂，将具体设备分到这些类别中，分别建立煤气生产模型和煤气消耗模型；

步骤2：建立煤气消耗设备时序优化模型，该模型包括目标函数和约束条件，所述目标函数包括电厂输入热量波动最小化和煤气消耗设备运行状态改变次数最小化，所述约束条件包括自备电厂热量与热值约束和输入电厂煤气量正值约束；

步骤3：采用基于NSGA-Ⅱ遗传算法的非线性0-1整数规划模型来求解步骤2建立的时序优化模型。

进一步地，在步骤1中，所述煤气生产设备包括高炉、焦炉和转炉，这三种设备建立如下煤气生产模型：

f_{pro_j}(t)＝f_{sum_j_t} (1)

上式中，f_{pro_j}(t)代表第j个煤气生产设备在第t小时内的煤气生产量，f_{sum_j_t}代表第j个设备历史每小时生产体积的平均值。

进一步地，在步骤1中，所述煤气消耗设备进一步分为不可间断生产设备和可间断生产设备。

进一步地，所述不可间断生产设备建立如下煤气消耗设备特性模型：

(一)高炉热风炉、焦化厂、炼钢厂、炼铁口和动力厂的煤气消耗设备特性模型：