基于預(yù)測(cè)模型結(jié)果的鋼鐵企業(yè)煤氣平衡調(diào)度系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于能源管理技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于預(yù)測(cè)模型結(jié)果的鋼鐵企業(yè)煤氣平 衡調(diào)度系統(tǒng)。
[0002] 煤氣平衡調(diào)度系統(tǒng)創(chuàng)新性的結(jié)合了歷史數(shù)據(jù)和煤氣預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果以及基 于緩沖調(diào)節(jié)用戶的分級(jí)分配。實(shí)現(xiàn)了歷史、實(shí)時(shí)、預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)高效有機(jī)的結(jié)合和參與決策平衡 分配，高效合理利用緩沖調(diào)節(jié)用戶，實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理組織煤氣動(dòng)態(tài)平衡分配的目的。
【背景技術(shù)】
[0003] 鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)鋼鐵產(chǎn)品的同時(shí)，產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品煤氣，是鋼鐵企業(yè)中重要的 二次能源，占企業(yè)總能源消耗的34%左右。為了節(jié)約能源，降低能耗，減少對(duì)環(huán)境的污染，合 理的管理利用煤氣系統(tǒng)顯得尤為重要。
[0004] 利用科學(xué)合理的預(yù)測(cè)模型和基于預(yù)測(cè)模型提供的平衡調(diào)度方法，達(dá)到合理調(diào)度使 用煤氣系統(tǒng)的目的，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源資源、提高能源利用率、科學(xué)管理與保護(hù)環(huán)境統(tǒng)籌兼顧的 目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于為煤氣系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)波動(dòng)找到一種快速的平衡方法，在煤氣波動(dòng) 過程，判斷煤氣波動(dòng)性質(zhì)，對(duì)于需要平衡分配的情況根據(jù)平衡分配模型給出具體分配方案， 快速精確實(shí)現(xiàn)煤氣調(diào)度平衡過程。
[0006] 煤氣平衡調(diào)度系統(tǒng)包括壓力傳感器、流量傳感器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、煤氣預(yù)測(cè)模塊和 煤氣平衡模塊。壓力傳感器及流量傳感器安裝于煤氣管網(wǎng)進(jìn)出口管道上，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與 壓力傳感器、流量傳感器相連接，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將壓力傳感器、流量傳感器中獲得的數(shù)據(jù)進(jìn) 行保存。煤氣預(yù)測(cè)模塊通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，得到預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)；煤氣平衡 模塊根據(jù)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)以及其他平衡因素給出煤氣波動(dòng)的判斷和平衡方案。
[0007] 1、所述的煤氣預(yù)測(cè)模塊從數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊中讀取煤氣預(yù)測(cè)模塊所需要的歷史產(chǎn)量 數(shù)據(jù)和歷史煤氣量數(shù)據(jù)。
[0008] 前期樣本數(shù)據(jù)采集：樣本數(shù)據(jù)為歷史產(chǎn)量數(shù)據(jù)和歷史煤氣量數(shù)據(jù)Y01C,，私分別 是：第j個(gè)用戶或發(fā)生單位的歷史產(chǎn)量相關(guān)數(shù)據(jù)HCj={HC; (1)，叫(2)，叫(3)，…叫(m)，} 和對(duì)應(yīng)的i類煤氣第j個(gè)用戶或發(fā)生單位的歷史煤氣量數(shù)據(jù)嘸j(1)，嘸j(2)，(3)，… h(m)，}，樣本的長(zhǎng)度為m;待預(yù)測(cè)的生產(chǎn)計(jì)劃產(chǎn)量Cj={Cj(1)，(^ (2)，(^ (3)(t)，}，t 為預(yù)測(cè)的步長(zhǎng)；待預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)間粒度決定了預(yù)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)的時(shí)間粒度。歷史產(chǎn)量數(shù)據(jù)和 歷史煤氣量數(shù)據(jù)都是通過流量傳感器獲得的儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中。
[0009]將樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色累加，灰色累加的計(jì)算如下：
[0010]
[0011] 式中，X(0)(i)為樣本數(shù)據(jù)，x(1)⑴為灰色處理后的數(shù)據(jù)，m為樣本數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。預(yù) 測(cè)完成后對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行灰色累減還原，計(jì)算公式如下：
[0012] x(0) (m) =x(1) (m)-x(1) (m-1)，2 彡m彡n
[0013] 式中，x(〇)(l) =x(1)(l)。
[0014] 具體使用了 ：生產(chǎn)計(jì)劃預(yù)測(cè)模型（線性回歸預(yù)測(cè)），適用于焦化廠煤氣生產(chǎn)單位； 多層遞階回歸分析預(yù)測(cè)模型（分析多種影響因素，擬合歷史序列時(shí)具有較好的擬合效果）， 適用于熱乳、冷乳、電廠煤氣消耗單位；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型（采用了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來進(jìn) 行），適用于煉鐵、煉鋼、白灰窯煤氣消耗單位。
[0015] 所述的預(yù)測(cè)模型：
[0016] 1)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：
[0017]RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可表達(dá)為下式所示：
[0018]
[0019] 選取基函數(shù)為高斯函數(shù)即：
[0020]
[0021]式中％為網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)值，x為n維輸入向量，ci為第i個(gè)RBF隱含層的中心。〇i 為第i個(gè)隱含層的寬度，I|x_Cl|I為向量1-(^的范數(shù)。
[0022] 計(jì)算步驟
[0023] Stepl:按照時(shí)間序列的方式，對(duì)所有的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行排序操作；
[0024] St印2:對(duì)所有排序后的數(shù)據(jù)按照灰色累加進(jìn)行求和操作；
[0025] St印3:設(shè)置預(yù)測(cè)精度以及訓(xùn)練次數(shù)，帶入經(jīng)過st印2處理過的YOlCj，私》到進(jìn)行 訓(xùn)練，確定隱含層數(shù)目和模型結(jié)構(gòu)；
[0026] Step4:Cj作為輸入，計(jì)算符合精度要求的模型預(yù)測(cè)值；
[0027] St印5:灰色累減操作；
[0028] 2)多層遞階回歸分析預(yù)測(cè)模型：
[0029] 模型數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0030]
[0031] 式中aQ，ai，a2，…，為非變回歸系數(shù)，Mk)為系統(tǒng)時(shí)變參數(shù)，Y(k)為預(yù)測(cè)對(duì)象， ui(k)為影響因子，e(k)零均值白噪聲，m為預(yù)測(cè)因子個(gè)數(shù)，k流動(dòng)時(shí)間。
[0032] 計(jì)算步驟：
[0033] St印1:用線性回歸分析HCj=伍(^(1)，1^(2)，1^(3)，…HCjOn)，}，求得各因子相 應(yīng)的回歸系數(shù)；
[0034] St印2:將預(yù)報(bào)對(duì)象Y(k)即化={1^(1)，^(2)，1^(3)，~嘸>)，}減去回歸方 程的常數(shù)項(xiàng)作為新的預(yù)報(bào)對(duì)象Y'（k);將回歸系數(shù)與某對(duì)應(yīng)的預(yù)報(bào)因子ui(k)相乘，并看 成是一個(gè)新的因子ui'（k);
[0035] St印3:用均值近似法得出0Jk)的預(yù)報(bào)值；
[0036]Step4:建立系統(tǒng)的預(yù)測(cè)方程為
[0037]St印5:將待預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)C,帶入St印4中的預(yù)測(cè)方程求出P1];
[0038]預(yù)測(cè)輸出的是i類煤氣第j個(gè)用戶或發(fā)生單位的煤氣預(yù)測(cè)量P1]=p(HC,，HuC):
[0039]Plj= {Plj(l),Plj(2),Plj(3),
[0040] 樣本數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)運(yùn)算流程如附圖2所示，預(yù)測(cè)結(jié)果計(jì)算完成后儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模 塊，以備其它模塊調(diào)用。
[0041] 2、所述的煤氣平衡模塊對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤氣柜的柜位CP(BC，CC，LC)、柜位變化速度 CS(BV，CV，LV)、管網(wǎng)壓力（BNP，LCP，CCP，CBP1，CBP2)。柜位、柜位變化速度和壓力數(shù)據(jù)是通 過流量和壓力傳感器獲得的儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中。
[0042]如果監(jiān)測(cè)到的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤氣柜的柜位CP、柜位變化速度CS、管網(wǎng)壓力NP超出煤氣 平衡范圍的情況，標(biāo)記下超出平衡范圍對(duì)應(yīng)的時(shí)間k，然后進(jìn)行煤氣波動(dòng)的判斷預(yù)警。
[0043] 實(shí)際生產(chǎn)過程的煤氣管網(wǎng)波動(dòng)可分為：1、由生產(chǎn)計(jì)劃變動(dòng)引起的：計(jì)劃煤氣波 動(dòng)。例如鐵線、鋼線、乳線、電站等的檢修引起生產(chǎn)計(jì)劃變動(dòng)，導(dǎo)致煤氣產(chǎn)消發(fā)生變化引起煤 氣管網(wǎng)出現(xiàn)波動(dòng)。2、由計(jì)劃外因素引起的：非計(jì)劃煤氣波動(dòng)。例如煤氣回收故障、泄漏、設(shè) 備故障等情況。
[0044] 當(dāng)煤氣出現(xiàn)超過平衡范圍的波動(dòng)時(shí)，需要對(duì)波動(dòng)進(jìn)行判斷。判斷過程如下：
[0045] 1)煤氣波動(dòng)判斷預(yù)警程序首先從數(shù)據(jù)庫中讀入第j個(gè)用戶或發(fā)生單位的生產(chǎn)計(jì) 劃產(chǎn)量Cj{Cj(1)，Cj(2)，Cj(3)，…Cj⑴，}，（：為長(zhǎng)度為t的時(shí)間序列，生產(chǎn)計(jì)劃產(chǎn)量由工廠 的生產(chǎn)計(jì)劃報(bào)表中獲得。
[0046] 2)然后檢測(cè)該波動(dòng)出現(xiàn)時(shí)間k附近時(shí)間段內(nèi)生產(chǎn)計(jì)劃是否變動(dòng)，如果檢測(cè) C, (k)辛C, (k+1)，則該時(shí)間生產(chǎn)計(jì)劃有變動(dòng)，提示k時(shí)間預(yù)報(bào)生產(chǎn)計(jì)劃有變動(dòng)，進(jìn)入計(jì)劃煤 氣波動(dòng)的平衡分配過程；
[0047] 3)如果檢測(cè)Cj(k) =Cj(k± 1)，則時(shí)間k處沒有生產(chǎn)計(jì)劃的變動(dòng)。
[0048] 繼續(xù)讀入k時(shí)間第i類煤氣j用戶或發(fā)生單位的實(shí)時(shí)小時(shí)流量Nhlj;i類煤氣j用 戶或發(fā)生單位的小時(shí)預(yù)測(cè)量Phl];的為i類煤氣管網(wǎng)緩沖系數(shù)。如果
時(shí)，說 明j處i類煤氣產(chǎn)生了波動(dòng)變化，標(biāo)記出i、j的值。并且給出報(bào)警處i類煤氣產(chǎn)生了 波動(dòng)變化"。進(jìn)入非計(jì)劃煤氣波動(dòng)的平衡分配過程；
[0049] 3、所述的煤氣波動(dòng)平衡分配：
[0050] 煤氣用戶從煤氣消耗的特性來區(qū)別可分為：非緩沖調(diào)節(jié)用戶和煤氣緩沖調(diào)節(jié)用 戶，非緩沖調(diào)節(jié)用戶煤氣消耗量基本保持不變。煤氣緩沖調(diào)節(jié)用戶根據(jù)可調(diào)節(jié)煤氣流量又 可分為大流量緩沖調(diào)節(jié)用戶和小流量緩沖調(diào)節(jié)用戶。在煤氣常規(guī)緩沖調(diào)節(jié)用戶之外還有其 它煤氣用戶單位也可擔(dān)負(fù)大流量煤氣緩沖調(diào)節(jié)的作用，根據(jù)其在煤氣分配過程的位置順序 可分為：前端大流量緩沖調(diào)節(jié)用戶和末端大流量緩沖調(diào)節(jié)用戶；煤氣波動(dòng)平衡分配就是將 出現(xiàn)的煤氣波動(dòng)分配給緩沖調(diào)節(jié)用戶。
[0051] 1)計(jì)劃煤氣波動(dòng)平衡分配方法
[0052] 計(jì)劃煤氣波動(dòng)是由是生產(chǎn)計(jì)劃變動(dòng)引起的，煤氣的波動(dòng)較大，主要平衡分配給大 流量緩沖調(diào)節(jié)用戶。計(jì)劃煤氣波動(dòng)的平衡屬于靜平衡的范圍，煤氣的靜平衡已經(jīng)由工廠的 煤氣調(diào)度人員完成配平，形