基于改进的混合多种群进化算法的能源平衡与调度方法技术

本发明专利技术适用于钢铁企业能源动态平衡与优化调度领域，提供了一种基于改进的混合多种群进化算法的能源平衡与调度方法，包括：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；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；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；确定优化调度模型的目标函数和约束条件；调用改进的混合多种群进化算法求解；求解过程中采用惩罚函数法来处理数学模型中的多个约束条件，个体违反约束条件的程度由惩罚函数确定，通过在目标函数上增加惩罚项来构造新的个体适应度值；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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钢铁企业能源动态平衡与优化调度领域，尤其涉及一种基于改进的混 合多种群进化算法的能源平衡与调度方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种基于改进的混合多种群进化算法的能源平衡 与调度方法，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。 本专利技术实施例是这样实现的，一种基于改进的混合多种群进化算法的能源平衡与 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 化变量为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于改进的混合多种群进化算法的能源平衡与调度方法，其特征在于，所述方法包括：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Minf(x→)=J1+J2+J3,]]>x→=(xi,j,tsume,xi,j,tgen,xi,n,tsume,ys,n,tin,ys,n,tout,zn,t),]]>确定所述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，zn,t为设备n产生的电量；步骤4，调用改进的混合多种群进化算法求解；求解过程中采用惩罚函数法来处理数学模型中的多个约束条件，个体违反约束条件的程度由惩罚函数确定，通过在目标函数上增加惩罚项来构造新的个体适应度值。...

【技术特征摘要】
1. 一种基于改进的混合多种群进化算法的能源平衡与调度方法，其特征在于，所述方 法包括： 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(<〕了，<>=;.尤,，7:：：,八,)；确定煤气子系统的能源成本目标函数 >11、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M//i./(.i> =Ji +J2 +,/3, 5 = (.x(-. 尤.f，，Z,,.,)，确定所述优化调 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，.C,为设备n入口蒸汽流量，}为设备 n出口产生/抽汽/凝汽流量，zn，t为设备n产生的电量； 步骤4,调用改进的混合多种群进化算法求解；求解过程中采用惩罚函数法来处理数 学模型中的多个约束条件，个体违反约束条件的程度由惩罚函数确定，通过在目标函数上 增加惩罚项来构造新的个体适应度值。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述步骤1中获取所述钢铁企业能源系统网络拓扑结构的过程包括： 输入各类能源介质管网的类型和数量，以及能源介质管网的物理属性； 所述能源介质管网的物理属性包括：煤气管网的介质形式、压力上/下限、热值，蒸汽 管网的压力上/下限、温度上/下限、焓值，内部电网的主变容量、最大负荷和电压等级； 所述步骤1中获取所述煤气、蒸汽和电力系统中的单元设备信息的过程包括： 步骤101，确定各子系统中单元设备所属类型和数量； 步骤102,根据能源产耗关系，将所述单元设备挂接到对应的能源介质管网上，确定所 述单元设备的能源产耗变量集； 步骤103,输入各个单元设备的工艺模型和约束条件，所述约束条件包含运行负荷约 束、煤气流量约束和混合煤气热值约束。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中所述煤气子系统、蒸汽子系统 和电力子系统的目标函数为： min ^; 其中，:为煤气放散惩罚；Progas为煤气外售收益；rainJ, =fedKa, +pmf'Z+buystm ； 其中，fecT为锅炉给水费用；/?<：：为蒸汽放散惩罚；bUystn为外购蒸汽成本； IiiinJ3 = buyele-proele； 其中，buy616为外购电力成本；pro616为外售电力收益。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中的优化调度模型的约束条件包 括单元设备的工艺约束、各能源介质的物理约束和煤气、蒸汽和电力三种能源介质的动态 平衡约束； 所述单元设备的工艺约束和各能源介质的物理约束为：其中，gj?)、比（?）分别煤气子系统中单元设备j的不等式约束和等式约束，EQG为 煤气子系统单元设备集合；gn( ?)、hn( ?)分别为蒸汽和电力子系统中单元设备n的不等式 约束和等式约束，EQS、EQE分别为蒸汽和电力子系统单元设备集合； 所述煤气、蒸汽和电力三种能源介质的动态平衡约束为：其中，V表示对于任意的…，为煤气i在周期t内的富余量为蒸汽s在周 期t内的需求量，rfef为电力在周期t内的需求量。5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中调用改进的混合多种群进化算 法求解的过程包括： 步骤410,设置种群pop中包含的亚种群subpop数目、亚种群中的染色体数目、最大进 化代数、最大未进化代数、最大未进化终止代数、模拟退火初始温度的参数； 步骤420,对各亚种群进行初始化和对所述亚种群中个体进行评价； 步骤430,对每个所述亚种群执行下列各项操作： 步骤4301，计算所述亚种群当前代中所述个体之间的最大欧几里得距离，并更新当前 代的最优个体的信息；所述欧几里得距离表明了所述个体之间的相似程度，个...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾亮，叶理德，欧燕，
申请(专利权)人：中冶南方工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42