用于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)建模方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種用于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)建模方法和裝置，該方法包括：確定蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)所包含的各設(shè)備的性能指標(biāo)以及工藝參數(shù)；建立蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的第一非線性數(shù)學(xué)模型；根據(jù)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)中各處動(dòng)力驅(qū)動(dòng)功率需求和待選型驅(qū)動(dòng)所處位置的蒸汽管網(wǎng)的壓力等級(jí)條件，生成動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案并配置相應(yīng)的參數(shù)；將第一非線性數(shù)學(xué)模型的求解結(jié)果和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案進(jìn)行線性轉(zhuǎn)化，生成混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型；根據(jù)混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化求解結(jié)果判斷最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案是否滿足蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)；如最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案滿足整體性能指標(biāo)，則根據(jù)最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案生成蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的第二非線性數(shù)學(xué)模型。
【專利說(shuō)明】用于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)建模方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及蒸汽動(dòng)力設(shè)備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種用于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型的蒸 汽動(dòng)力系統(tǒng)建模方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 電機(jī)和蒸汽透平作為主要的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備，在各類大型工業(yè)企業(yè)和熱力發(fā)電廠都 有著廣泛的應(yīng)用。目前，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備的選型，以及相應(yīng)的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或改造主要 依靠技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)。
[0003] 在大型工業(yè)企業(yè)中，大量工藝過(guò)程都需要?jiǎng)恿︱?qū)動(dòng)，需要采用電機(jī)或者蒸汽透平 作為驅(qū)動(dòng)機(jī)。這部分驅(qū)動(dòng)帶來(lái)的能量消耗巨大。驅(qū)動(dòng)選型和蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題復(fù) 雜，憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)工作很難確保設(shè)計(jì)結(jié)果的最優(yōu)。如果驅(qū)動(dòng)設(shè)備本身選型有問題，會(huì) 造成整個(gè)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不合理，從而造成額外的能量和經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)于已經(jīng)采用不 合理設(shè)計(jì)的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)和不合理選型的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，在操作中即使采用相關(guān)操作優(yōu)化等手 段，也只能在現(xiàn)有工藝流程的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，效果有限。要改變這種局面需要進(jìn)行蒸汽動(dòng) 力系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)設(shè)備的重新選型。
[0004] 如何實(shí)現(xiàn)對(duì)全新系統(tǒng)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型和蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)最優(yōu)設(shè)計(jì)；如何對(duì)一個(gè) 已經(jīng)存在的系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造解決相關(guān)瓶頸，為本領(lǐng)域技術(shù)人員的研究方向所在。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種用于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)建模方法和裝置，用以克 服現(xiàn)有技術(shù)中存在的至少一個(gè)問題。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)建模 方法，包括以下步驟：
[0007] 確定蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)所包含的各設(shè)備的性能特征參數(shù)，以及蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的工藝參 數(shù)，其中，這里的各設(shè)備包括待選型的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備和已經(jīng)固定選型的設(shè)備；
[0008] 根據(jù)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的能量守恒方程、蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的質(zhì)量守恒方程、各設(shè)備的能 量守恒方程、各設(shè)備的質(zhì)量守恒方程以及各設(shè)備的性能特征參數(shù)和蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的工藝參 數(shù)建立蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的第一非線性數(shù)學(xué)模型；
[0009] 根據(jù)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)中各處動(dòng)力驅(qū)動(dòng)功率需求和待選型驅(qū)動(dòng)所處位置的蒸汽管網(wǎng) 的壓力等級(jí)條件，生成供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型使用的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案，并為動(dòng)力 驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案配置相應(yīng)的參數(shù)；
[0010] 求解第一非線性數(shù)學(xué)模型，將第一非線性數(shù)學(xué)模型的求解結(jié)果和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選 型備選方案進(jìn)行線性轉(zhuǎn)化，生成混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型；
[0011] 求解混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型，根據(jù)混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)求解結(jié)果選出滿 足動(dòng)力驅(qū)動(dòng)需求的最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案，并判斷最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案是否滿 足蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)；
[0012] 如果最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案滿足蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)，則根據(jù)最優(yōu) 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案生成蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的第二非線性數(shù)學(xué)模型。
[0013] 可選的，上述方法還包括以下步驟：
[0014] 如果所有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案皆無(wú)法滿足蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)， 則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行根據(jù)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)中各處驅(qū)動(dòng)需求的性能指標(biāo)和蒸汽管網(wǎng)的壓力等級(jí)，生成供 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型使用的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案，并為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案配 置相應(yīng)的參數(shù)步驟，對(duì)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案進(jìn)行調(diào)整。
[0015] 可選的，混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型的目標(biāo)函數(shù)為TOC=TCC+TPC+TEC+TSC，并使目標(biāo)函 數(shù)在優(yōu)化變量的取值范圍內(nèi)達(dá)到最小，其中，TOC為年操作費(fèi)用；TCC為年投資費(fèi)用；TPC為 年用電費(fèi)用；TFC為年燃料費(fèi)用；TSC為年蒸汽購(gòu)買費(fèi)用；
[0016] 混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型的限定條件為：
[0017] Work (driver) =sum (n，BV (driver, n) *W (driver, η)，以及
[0018] sum (n, BV (driver, η)) =1,
[0019] 其中，Work (driver)表示待設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)功率需求；BV (driver, n)為開 關(guān)變量，表示每個(gè)待設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備的所有待選結(jié)構(gòu)的選取狀況；sum(n, BV(driver, η)) =1 用來(lái)保證優(yōu)化計(jì)算從η個(gè)待選結(jié)構(gòu)中選出1個(gè)最優(yōu)設(shè)計(jì)方案；W(driver, η)表示每個(gè)待設(shè) 計(jì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的待選結(jié)構(gòu)的做功能力。
[0020] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種用于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)建 模裝置，包括：
[0021] 性能參數(shù)模塊，用于確定蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)所包含的各設(shè)備的性能特征參數(shù)，以及蒸 汽動(dòng)力系統(tǒng)的工藝參數(shù)，其中，這里的各設(shè)備包括待選型的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備和已經(jīng)固定選型 的設(shè)備；
[0022] 第一建模模塊，用于根據(jù)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的能量守恒方程、蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的質(zhì)量守 恒方程、各設(shè)備的能量守恒方程、各設(shè)備的質(zhì)量守恒方程以及各設(shè)備的性能特征參數(shù)和蒸 汽動(dòng)力系統(tǒng)的工藝參數(shù)建立蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的第一非線性數(shù)學(xué)模型；
[0023] 備選驅(qū)動(dòng)方案確定模塊，用于根據(jù)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)中各處動(dòng)力驅(qū)動(dòng)功率需求和待選 型驅(qū)動(dòng)所處位置的蒸汽管網(wǎng)的壓力等級(jí)條件，生成供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型使用的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè) 備選型備選方案，并為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案配置相應(yīng)的參數(shù)；
[0024] 整合建模模塊，用于根據(jù)第一非線性數(shù)學(xué)模型的求解結(jié)果和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備 選方案進(jìn)行線性轉(zhuǎn)化，生成混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型；
[0025] 計(jì)算和結(jié)果判斷模塊，用于根據(jù)混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)求解結(jié)果選出滿足 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)需求的最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案，并判斷最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案是否滿足 蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)；
[0026] 第二建模模塊，用于當(dāng)計(jì)算和結(jié)果判斷模塊的判斷結(jié)果為最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì) 方案滿足蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)時(shí)，根據(jù)最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案生成蒸汽動(dòng)力 系統(tǒng)的第二非線性數(shù)學(xué)模型。
[0027] 可選的，第一建模模塊還用于當(dāng)計(jì)算和結(jié)果判斷模塊的判斷結(jié)果為所有動(dòng)力驅(qū)動(dòng) 設(shè)備選型備選方案皆無(wú)法滿足蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)時(shí)，根據(jù)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)中各處 驅(qū)動(dòng)功率需求和待選型驅(qū)動(dòng)所處位置的蒸汽管網(wǎng)的壓力等級(jí)條件，生成新的供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè) 備選型使用的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案，并為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案配置相應(yīng)的參 數(shù)。
[0028] 可選的，混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型的目標(biāo)函數(shù)為TOC=TCC+TPC+TEC+TSC，并使目標(biāo)函 數(shù)在優(yōu)化變量的取值范圍內(nèi)達(dá)到最小，其中，TOC為年操作費(fèi)用；TCC為年投資費(fèi)用；TPC為 年用電費(fèi)用；TFC為年燃料費(fèi)用；TSC為年蒸汽購(gòu)買費(fèi)用；
[0029] 混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型的限定條件為：
[0030] Work (driver) =sum (n，BV (driver, n) *W (driver, η)，以及
[0031] sum (n, BV (driver, η)) =1,
[0032] 其中，Work (driver)表示待設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)功率需求；BV (driver, n)為開 關(guān)變量，表示每個(gè)待設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備的所有待選結(jié)構(gòu)的選取狀況；sum(n, BV(driver, η)) =1 用來(lái)保證優(yōu)化計(jì)算從η個(gè)待選結(jié)構(gòu)中選出1個(gè)最優(yōu)設(shè)計(jì)方案；W(driver, η)表示每個(gè)待設(shè) 計(jì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的待選結(jié)構(gòu)的做功能力。
[0033] 通過(guò)上述實(shí)施例可以看出，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)合了非線性建模方法對(duì)復(fù) 雜網(wǎng)絡(luò)問題的描述精準(zhǔn)性和混合整數(shù)線性建模的求解迅捷性，能快速實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的自動(dòng) 選型，從而得到最優(yōu)的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。非線性建模的方法能確保將蒸汽動(dòng)力系統(tǒng) 的復(fù)雜性做充分的考慮和精確的模擬，并體現(xiàn)在后續(xù)的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中；混合整 數(shù)線性模型的采用保證了設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程的靈活性和求解速度，使得對(duì)設(shè)計(jì)方案的計(jì)算和修 改能夠迅速的進(jìn)行。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0035] 圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)建模方法流 程圖；
[0036] 圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例搭建的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)非線性模型示意圖；
[0037] 圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例搭建的優(yōu)選后新的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)非線性模型示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0039] 電機(jī)和蒸汽透平是主要的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備，本發(fā)明實(shí)施例中涉及的驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型的 范疇包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)和透平驅(qū)動(dòng)以及兩者的組合驅(qū)動(dòng)等形式。
[0040] 圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)建模方法流 程圖；如圖所示，該方法包括以下步驟：
[0041] S110,確定蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)所包含的各設(shè)備的性能特征參數(shù)，以及蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的 工藝參數(shù)，其中，這里的各設(shè)備包括待選型的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備和已經(jīng)固定選型的設(shè)備；
[0042] 設(shè)備性能特征參數(shù)包括設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷、設(shè)備的運(yùn)行效率以及設(shè)備的操作參數(shù)。 蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)工藝參數(shù)包括年操作時(shí)間、系統(tǒng)電力需求、燃料數(shù)據(jù)、工況條件和系統(tǒng)尾氣排 放。
[0043] 在具體實(shí)現(xiàn)本步驟時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際使用的需要，確定需要設(shè)計(jì)或改造的蒸汽動(dòng) 力系統(tǒng)的基本構(gòu)架和工藝參數(shù)，這里的基本框架包括待選的設(shè)備、已確定選型的設(shè)備以及 蒸汽管網(wǎng)等，并對(duì)需要重新設(shè)計(jì)或改造的驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行基本的需求指定，如需要重新設(shè)計(jì) 或改造的驅(qū)動(dòng)設(shè)備所要滿足的性能指標(biāo)。
[0044] S120,根據(jù)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的能量守恒方程、蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的質(zhì)量守恒方程、各設(shè)備 的能量守恒方程、各設(shè)備的質(zhì)量守恒方程以及各設(shè)備的性能特征參數(shù)設(shè)置建立蒸汽動(dòng)力系 統(tǒng)的第一非線性數(shù)學(xué)模型；
[0045] 由于蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)及其各設(shè)備滿足能量守恒定律、質(zhì)量守恒定律，因此可以根據(jù) 蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)及其各設(shè)備的能量守恒方程、質(zhì)量守恒方程以及各設(shè)備的性能特征參數(shù)和蒸 汽動(dòng)力系統(tǒng)的工藝參數(shù)設(shè)置建立蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的第一非線性數(shù)學(xué)模型。
[0046] 此外，需要指出的是，在建立第一非線性數(shù)學(xué)模型時(shí)，無(wú)論是已經(jīng)確定選型的設(shè)備 還是待選型的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備，都需要將該設(shè)備的性能特征方程納入第一非線性數(shù)學(xué)模型。 [0047] S130,根據(jù)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)中各處動(dòng)力驅(qū)動(dòng)功率需求和待選型驅(qū)動(dòng)所處位置的蒸汽 管網(wǎng)的壓力等級(jí)條件，生成供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型使用的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案，并為 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案配置相應(yīng)的參數(shù)；
[0048] 在具體實(shí)現(xiàn)本步驟時(shí)，可以根據(jù)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)中各處驅(qū)動(dòng)需求的性能指標(biāo)、待選 型驅(qū)動(dòng)所處位置的蒸汽管網(wǎng)的壓力等級(jí)條件，自動(dòng)生成可供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型使用動(dòng)力驅(qū) 動(dòng)設(shè)備的待選方案，其中各處驅(qū)動(dòng)需求的性能指標(biāo)可以由各處驅(qū)動(dòng)需求的限定條件轉(zhuǎn)換而 得到，根據(jù)其它實(shí)際限制條件在已生成的待選動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案中進(jìn)行進(jìn)一步篩選， 確定動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案，并指定備選方案相應(yīng)參數(shù)。
[0049] S140,求解第一非線性數(shù)學(xué)模型，將第一非線性數(shù)學(xué)模型的求解結(jié)果和動(dòng)力驅(qū)動(dòng) 設(shè)備選型備選方案進(jìn)行線性轉(zhuǎn)化，生成混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型；
[0050] 在具體實(shí)現(xiàn)本步驟時(shí)，根據(jù)給定輸入對(duì)第一非線性數(shù)學(xué)模塊進(jìn)行求解，得到求 解結(jié)果，該求解結(jié)果包括了第一非線性數(shù)學(xué)模型中所有設(shè)備的性能特征參數(shù)；進(jìn)而可以 將所有待設(shè)計(jì)或改造的驅(qū)動(dòng)設(shè)備的待選方案表述為一系列開關(guān)變量，并將其整合到蒸汽 動(dòng)力系統(tǒng)的線性模型中，并進(jìn)行線性轉(zhuǎn)化，從而形成混合整數(shù)線性模型，其中蒸汽動(dòng)力系 統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的線性模型是由前述第一非線性數(shù)學(xué)模型求解結(jié)果轉(zhuǎn)化得到，在具體轉(zhuǎn)化時(shí)，將 前述第一非線性數(shù)學(xué)模型求解結(jié)果中的溫度、壓力、焓和熵等操作條件和熱力學(xué)特性作 為固定參數(shù)，從而生成混合整數(shù)線性模型。其中，混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型的目標(biāo)函數(shù)為 TOC=TCC+TPC+TEC+TSC，并使目標(biāo)函數(shù)在優(yōu)化變量的取值范圍內(nèi)達(dá)到最小。其中，TOC為年 操作費(fèi)用；TCC為年投資費(fèi)用；TPC為年用電費(fèi)用；TFC為年燃料費(fèi)用；TSC為年蒸汽購(gòu)買費(fèi) 用；
[0051] 混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型的限定條件為：
[0052] Work (driver) =sum (n，BV (driver, n) *W (driver, η)，以及
[0053] sum (n, BV (driver, η)) =1,
[0054] 其中，Work (driver)表示待設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)功率需求；BV (driver, η)為開 關(guān)變量，表示每個(gè)待設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備的所有待選結(jié)構(gòu)的選取狀況；sum(n, BV(driver, η)) =1 用來(lái)保證優(yōu)化計(jì)算從η個(gè)待選結(jié)構(gòu)中選出1個(gè)最優(yōu)設(shè)計(jì)方案；W(driver, η)表示每個(gè)待設(shè) 計(jì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的待選結(jié)構(gòu)的做功能力。
[0055] 為保證混合整數(shù)線性求解的求解效率，模型中整數(shù)變量與一般變量的相乘的結(jié)構(gòu) 需要盡量回避。為此，本發(fā)明考慮利用一種不等式方程將BV(driver，n)XWork(driver)轉(zhuǎn) 化為一系列線性不等式表達(dá)式：
[0056] BV (driver, η) X L ^ W (driver, η) ^ BV (driver, η) X U
[0057] (1-BV(driver, η))X L ^ W(driver, n)-Work(driver) ^ (1-BV (driver, n))X U
[0058] 當(dāng) BV (driver, n) =1 時(shí)，
[0059] L ^ Work (driver) ^ U
[0060] W (driver, n) =Work (driver)
[0061] 當(dāng) BV (driver, n) =0 時(shí)，
[0062] L^ff (driver, n) ^ U
[0063] Work (driver) =0
[0064] 式中，L與U均為已知參數(shù)，其中L為每個(gè)待設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的最小做功能力；U為每 個(gè)待設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的最大做功能力。
[0065] 對(duì)每個(gè)待設(shè)計(jì)或改造的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，在其所有待選方案中應(yīng)當(dāng)僅有一種能夠最終被 選定，而限定條件sum (n, BV (driver, n)) =1可以確保每個(gè)待選驅(qū)動(dòng)設(shè)備最終只有一種待選 結(jié)構(gòu)被選取。
[0066] S150,求解混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型，根據(jù)混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)求解結(jié)果 選出滿足動(dòng)力驅(qū)動(dòng)需求的最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案，并判斷最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案 是否滿足蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)；
[0067] S160,如果最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案滿足蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)，則根 據(jù)最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案生成蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的第二非線性數(shù)學(xué)模型。
[0068] 其中，建立蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的第二非線性數(shù)學(xué)模型的方法與建立汽動(dòng)力系統(tǒng)的第一 非線性數(shù)學(xué)模型的方法相同，區(qū)別在于，在建立第二非線性數(shù)學(xué)模型時(shí)，蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)中所 有設(shè)備的型號(hào)都已確定。
[0069] 在建立蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的第二非線性數(shù)學(xué)模型后，即可對(duì)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行求解。
[0070] 如果步驟S150的判斷結(jié)果為最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案不滿足蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的 整體性能指標(biāo)，則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟S130,對(duì)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案進(jìn)行調(diào)整。
[0071] 通過(guò)上述實(shí)施例可以看出，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)合了非線性建模方法對(duì)復(fù) 雜網(wǎng)絡(luò)問題的描述精準(zhǔn)性和混合整數(shù)線性建模的求解迅捷性，能快速實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的自動(dòng) 選型，從而得到最優(yōu)的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。非線性建模的方法能確保將蒸汽動(dòng)力系統(tǒng) 的復(fù)雜性做充分的考慮和精確的模擬，并體現(xiàn)在后續(xù)的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中；混合整 數(shù)線性模型的采用保證了設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程的靈活性和求解速度，使得對(duì)設(shè)計(jì)方案的計(jì)算和修 改能夠迅速的進(jìn)行。
[0072] 以下結(jié)合一個(gè)新建煉油廠的實(shí)際案例對(duì)本發(fā)明的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)建模方法進(jìn)行說(shuō) 明：
[0073] 新建一煉油廠，主要?jiǎng)恿υO(shè)備包括3臺(tái)鍋爐，2臺(tái)蒸汽發(fā)電機(jī)，4級(jí)動(dòng)力蒸汽管網(wǎng)和 諸多裝置產(chǎn)汽設(shè)備和蒸汽消耗設(shè)備。工藝裝置中包含裝置6處較大的驅(qū)動(dòng)需求，業(yè)主要求 以蒸汽透平的形式滿足這6處驅(qū)動(dòng)需求。
[0074] 廠區(qū)的環(huán)境條件見表1 :
[0075] 表 1
[0076]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)建模方法，其特征在于能夠從復(fù)雜蒸汽 動(dòng)力系統(tǒng)諸多動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)選型方案中，找到讓全系統(tǒng)在各個(gè)不同工況下整體性能或 經(jīng)濟(jì)性最佳的設(shè)計(jì)方案，包括以下步驟： 確定蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)所包含的各設(shè)備的性能特征參數(shù)，以及所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的工藝參 數(shù)，其中，所述各設(shè)備包括待選型的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備和已經(jīng)固定選型的設(shè)備； 根據(jù)所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的能量守恒方程、所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的質(zhì)量守恒方程、所述各 設(shè)備的能量守恒方程、所述各設(shè)備的質(zhì)量守恒方程以及所述各設(shè)備的性能特征參數(shù)和所述 蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的工藝參數(shù)建立所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的第一非線性數(shù)學(xué)模型； 根據(jù)所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)中各處動(dòng)力驅(qū)動(dòng)功率需求和待選型驅(qū)動(dòng)所處位置的蒸汽管網(wǎng) 的壓力等級(jí)條件，生成供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型使用的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案，并為所述 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案配置相應(yīng)的參數(shù)； 求解所述第一非線性數(shù)學(xué)模型，將所述第一非線性數(shù)學(xué)模型的求解結(jié)果和所述動(dòng)力驅(qū) 動(dòng)設(shè)備選型備選方案進(jìn)行線性轉(zhuǎn)化，生成混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型； 求解所述混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型，根據(jù)所述混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)求解結(jié)果選 出滿足動(dòng)力驅(qū)動(dòng)需求的最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案，并判斷所述最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方 案是否滿足所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)； 如果所述最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案滿足所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)，則根據(jù) 所述最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案生成所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的第二非線性數(shù)學(xué)模型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟： 如果所述最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案皆無(wú)法滿足所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)， 則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行所述根據(jù)所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)中各處驅(qū)動(dòng)需求的性能指標(biāo)和待選型驅(qū)動(dòng)所處位 置的蒸汽管網(wǎng)的壓力等級(jí)條件，生成供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型使用的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方 案，并為所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案配置相應(yīng)的參數(shù)步驟，對(duì)所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型 備選方案進(jìn)行調(diào)整。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型的目標(biāo)函數(shù) 為TOC=TCC+TPC+TEC+TSC，并使目標(biāo)函數(shù)在優(yōu)化變量的取值范圍內(nèi)達(dá)到最小，其中，TOC為 年操作費(fèi)用；TCC為年投資費(fèi)用；TPC為年用電費(fèi)用；TFC為年燃料費(fèi)用；TSC為年蒸汽購(gòu)買 費(fèi)用； 所述混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型的限定條件為： Work (driver) =sum (n, BV (driver, n) (driver, n),以及 sum(n, BV(driver, n))=1, 其中，Work (driver)表示待設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)功率需求；BV (driver, n)為開關(guān)變 量，表示每個(gè)待設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備的所有待選結(jié)構(gòu)的選取狀況；sum(n, BV(driver, n))=l用 來(lái)保證優(yōu)化計(jì)算從n個(gè)待選結(jié)構(gòu)中選出1個(gè)最優(yōu)設(shè)計(jì)方案；W(driver,n)表示每個(gè)待設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)設(shè)備的待選結(jié)構(gòu)的做功能力。
4. 一種基于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)建模裝置，其特征在于，包括： 性能參數(shù)模塊，用于確定蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)所包含的各設(shè)備的性能特征參數(shù)，以及所述蒸 汽動(dòng)力系統(tǒng)的工藝參數(shù)，其中，所述各設(shè)備包括待選型的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備和已經(jīng)固定選型的 設(shè)備； 第一建模模塊，用于根據(jù)所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的能量守恒方程、所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的質(zhì) 量守恒方程、所述各設(shè)備的能量守恒方程、所述各設(shè)備的質(zhì)量守恒方程以及所述各設(shè)備的 性能特征參數(shù)和所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的工藝參數(shù)建立所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的第一非線性數(shù)學(xué) 模型； 備選驅(qū)動(dòng)方案確定模塊，用于根據(jù)所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)中各處動(dòng)力驅(qū)動(dòng)功率需求和待選 型驅(qū)動(dòng)所處位置的蒸汽管網(wǎng)的壓力等級(jí)條件，生成供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型使用的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè) 備選型備選方案，并為所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案配置相應(yīng)的參數(shù)； 整合建模模塊，用于根據(jù)所述第一非線性數(shù)學(xué)模型的求解結(jié)果和所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選 型備選方案進(jìn)行線性轉(zhuǎn)化，生成混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型； 計(jì)算和結(jié)果判斷模塊，用于根據(jù)所述混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)求解結(jié)果選出滿足 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)需求的最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案，并判斷所述最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案是否 滿足所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)； 第二建模模塊，用于當(dāng)所述計(jì)算和結(jié)果判斷模塊的判斷結(jié)果為所述最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備 設(shè)計(jì)方案滿足所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)要求時(shí)，根據(jù)所述最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì) 方案生成所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的第二非線性數(shù)學(xué)模型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述第一建模模塊還用于當(dāng)所述計(jì)算和 判斷模塊的判斷結(jié)果為所述最優(yōu)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)方案皆無(wú)法滿足所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的 整體性能指標(biāo)時(shí)，根據(jù)所述蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)中各處驅(qū)動(dòng)功率需求和所述待選型驅(qū)動(dòng)所處位置 的蒸汽管網(wǎng)的壓力等級(jí)條件，生成新的供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型使用的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選 方案，并為所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型備選方案配置相應(yīng)的參數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型的目標(biāo)函數(shù) 為TOC=TCC+TPC+TEC+TSC，并使目標(biāo)函數(shù)在優(yōu)化變量的取值范圍內(nèi)達(dá)到最小，其中，TOC為 年操作費(fèi)用；TCC為年投資費(fèi)用；TPC為年用電費(fèi)用；TFC為年燃料費(fèi)用；TSC為年蒸汽購(gòu)買 費(fèi)用； 所述混合整數(shù)線性數(shù)學(xué)模型的限定條件為： Work (driver) =sum (n，BV (driver，n) (driver，n)，以及 sum (n, BV (driver, n)) =1, 其中，Work(driver)表示待設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)功率需求；BV(driver，n)為開關(guān)變 量，表示每個(gè)待設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備的所有待選結(jié)構(gòu)的選取狀況；sum (n，BV (driver，n))=l用 來(lái)保證優(yōu)化計(jì)算從n個(gè)待選結(jié)構(gòu)中選出1個(gè)最優(yōu)設(shè)計(jì)方案；W(driver，n)表示每個(gè)待設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)設(shè)備的待選結(jié)構(gòu)的做功能力。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104424372SQ201310389546
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】樓宇航, 蔣東, 張棟, 任彥, 張楠 申請(qǐng)人:北京宜能高科科技有限公司