鋼鐵企業(yè)能源實(shí)績平衡與優(yōu)化調(diào)度策略及應(yīng)用研究.pdf

1、加強(qiáng)能源管理是實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要手段。鋼鐵企業(yè)的能耗費(fèi)用約占工業(yè)部門能耗總量的15％～20％，高能耗造成對(duì)環(huán)境的污染和經(jīng)濟(jì)效益的負(fù)面效應(yīng)長期以來一直是我國鋼鐵企業(yè)所面臨的重大難題之一。能源管理模式分散粗放、能源計(jì)劃與平衡安排不當(dāng)、調(diào)度系統(tǒng)簡單低效等問題，已成為我國鋼鐵企業(yè)低能源利用率、高能耗的重要原因。針對(duì)上述問題，本文結(jié)合某大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)能源中心建設(shè)項(xiàng)目，從鋼鐵企業(yè)能源系統(tǒng)分析、能源產(chǎn)消預(yù)測、能源實(shí)績平衡和能源優(yōu)化調(diào)度模型及其應(yīng)用等

2、方面展開研究，主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新性研究成果如下。
　　 (1)指出了鋼鐵企業(yè)能源管理所普遍存在的主要問題分析了典型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的燒結(jié)、焦?fàn)t煉焦、高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼、連續(xù)鑄造和軋鋼等主要生產(chǎn)工序所使用的煤氣、電力、水、水蒸氣、氧、氬和氮?dú)獾饶茉吹姆植紶顩r以及主要能源的管理流程，指出能源產(chǎn)消量的預(yù)測、能源的實(shí)績平衡與數(shù)據(jù)校正、能源的計(jì)劃管理與優(yōu)化調(diào)度等問題是當(dāng)前鋼鐵企業(yè)能源管理工作中所普遍存在和亟待解決的研究問題。
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3、2)能源產(chǎn)消特性分析與不同特性下的產(chǎn)消預(yù)測模型基于煤氣和電力兩種主要能源，結(jié)合生產(chǎn)工藝分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析方法，分析了鋼鐵企業(yè)主要生產(chǎn)工序及各工序主要能源用戶的能源產(chǎn)消特性，并根據(jù)不同的產(chǎn)消特性，建立不同的能源產(chǎn)消預(yù)測模型對(duì)能源的產(chǎn)生或消耗量進(jìn)行預(yù)測。
　　 針對(duì)產(chǎn)消量基本處于一定范圍內(nèi)的用戶，建立基于生產(chǎn)計(jì)劃的預(yù)測模型，以非能源的計(jì)劃產(chǎn)量作為依據(jù)進(jìn)行預(yù)測；針對(duì)產(chǎn)消量沒有明顯的規(guī)律，存在隨機(jī)性、灰色特性，且與其影響因素之間呈非線

4、性關(guān)系的用戶，建立基于灰色RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測模型，將與產(chǎn)消量相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色累加處理后，作為模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，以時(shí)間序列作為模型輸入進(jìn)行預(yù)測，并以預(yù)測誤差作為反饋對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正；針對(duì)與其影響因素之間存在明顯規(guī)律或線性關(guān)系的用戶，建立多層遞階回歸分析預(yù)測模型，將線性回歸方法與多層遞階方法相結(jié)合，將預(yù)報(bào)對(duì)象看成是隨機(jī)動(dòng)態(tài)的時(shí)變系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測；針對(duì)短時(shí)間內(nèi)呈線性變化，長時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)連續(xù)性和周期性變化的用戶，建立基于時(shí)間序列的自回歸

5、滑動(dòng)平均預(yù)測模型，利用前段時(shí)間若干能源產(chǎn)消量的線性組合對(duì)后段時(shí)間進(jìn)行預(yù)測。
　　 工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的仿真實(shí)驗(yàn)表明，所建立的四類預(yù)測模型對(duì)于具有不同產(chǎn)消特性的用戶具有較好的針對(duì)性和適應(yīng)性，預(yù)測精度較高。
　　 (3)能源數(shù)據(jù)校正與煤氣實(shí)績平衡策略基于所提出的產(chǎn)消預(yù)測模型，提出了一種能源數(shù)據(jù)校正方法，以產(chǎn)消預(yù)測模型得出的預(yù)測值為參考值，以校正值與該預(yù)測值之間差值的平方和最小為目標(biāo)函數(shù)，以能源平衡方程作為約束條件，建立優(yōu)化模型，通

6、過求解模型最優(yōu)解，得到能源數(shù)據(jù)的校正值，并采用基于污染正態(tài)分布的過失誤差診斷方法對(duì)能源計(jì)量數(shù)據(jù)中的過失誤差進(jìn)行診斷，對(duì)含有過失誤差數(shù)據(jù)再重新求解校正值。過失誤差的檢測，能為檢測設(shè)備的診斷提供指導(dǎo)。利用該數(shù)據(jù)校正方法，針對(duì)煤氣這一鋼鐵企業(yè)最重要的能源，設(shè)計(jì)了一種煤氣自動(dòng)實(shí)績平衡策略，由職能部門設(shè)置補(bǔ)償參數(shù)，煤氣用戶設(shè)置儀表停計(jì)時(shí)間，平衡管理員設(shè)置平衡的運(yùn)行參數(shù)，以測量數(shù)據(jù)的校正值代替原始測量值，實(shí)現(xiàn)了煤氣系統(tǒng)的自動(dòng)實(shí)績平衡。工業(yè)生產(chǎn)過程數(shù)

7、據(jù)的仿真實(shí)驗(yàn)表明，能源數(shù)據(jù)校正方法合理可行，煤氣實(shí)績平衡策略可提高煤氣平衡的科學(xué)性和自動(dòng)化程度。
　　 (4)兩種煤氣優(yōu)化調(diào)度模型分析了企業(yè)內(nèi)部能源系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)了基于數(shù)學(xué)規(guī)劃的能源優(yōu)化調(diào)度總體模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式。針對(duì)煤氣系統(tǒng)，提出基于單元分類的和基于產(chǎn)消預(yù)測的煤氣優(yōu)化調(diào)度模型。
　　 1)基于單元分類的煤氣調(diào)度模型根據(jù)各煤氣用戶在生產(chǎn)過程中的作用與煤氣產(chǎn)消方式的不同對(duì)用戶進(jìn)行分類，以統(tǒng)一的調(diào)度目標(biāo)和不同類別的約束方

8、程對(duì)各用戶煤氣進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。模型主要從宏觀角度著眼于鋼鐵企業(yè)全流程，可以適用于所有的用戶；
　　 2)基于產(chǎn)消預(yù)測的調(diào)度模型利用煤氣產(chǎn)消預(yù)測模型的預(yù)測值，然后使用能源總體優(yōu)化調(diào)度總體模型對(duì)預(yù)測結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)修正，并作為優(yōu)化調(diào)度值。模型增加了對(duì)關(guān)鍵影響因素的考慮，調(diào)度結(jié)果具有相對(duì)較高的精確度，但僅適用于具有預(yù)測模型的用戶，且受預(yù)測精度影響較大。
　　 工業(yè)過程數(shù)據(jù)仿真結(jié)果表明，調(diào)度模型可顯著減少煤氣的放散量。
　　

9、(5)能源產(chǎn)消預(yù)測與優(yōu)化調(diào)度模型在能源管理系統(tǒng)中的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)使用Windows平臺(tái)，Visual studio開發(fā)環(huán)境，Oracle數(shù)據(jù)庫，基于所提出的能源產(chǎn)消預(yù)測模型和優(yōu)化調(diào)度模型，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了煤氣自動(dòng)實(shí)績平衡系統(tǒng)和煤氣優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，并應(yīng)用于論文背景鋼鐵企業(yè)，作為其能源管理系統(tǒng)的一部分。兩系統(tǒng)投入運(yùn)行后，可以在5分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)按班為最小周期的全廠煤氣的自動(dòng)實(shí)績平衡，可以在2分鐘內(nèi)自動(dòng)生成煤氣的班調(diào)度計(jì)劃；有效提高了實(shí)際平衡的效率和煤氣利用率