本技術(shù)涉及熱風(fēng)爐狀態(tài)切換相關(guān)換爐，具體而言，涉及一種基于不確定隨機規(guī)劃的熱風(fēng)爐排程錯峰方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、熱風(fēng)爐是高爐煉鐵工藝中的重要組件，主要作用是燃燒高爐煤氣加熱空氣形成熱風(fēng)，然后將熱風(fēng)送入高爐內(nèi)部參與煉鐵。高爐熱風(fēng)爐錯峰換爐是一種高效的熱風(fēng)爐操作技術(shù)，其核心目的是在保證高爐連續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)高溫?zé)犸L(fēng)的同時，減少因熱風(fēng)爐換爐操作引起的煤氣管網(wǎng)壓力波動，進(jìn)而減少由于管網(wǎng)壓力波動造成的煤氣放散所造成的浪費和環(huán)境污染問題。

2、在實現(xiàn)高爐熱風(fēng)爐錯峰換爐功能的過程中，不同的鋼鐵企業(yè)會選擇不同的方式。應(yīng)用比較廣泛的方式是不同的高爐調(diào)度室通過電話或即時通訊軟件來協(xié)調(diào)換爐時間。在這種場景下，熱風(fēng)爐錯峰換爐完全依賴于人工操作和溝通，依賴于操作人員的經(jīng)驗和對高爐爐況的理解。這種錯峰換爐方式不利于企業(yè)的穩(wěn)定運行，因為如果某一經(jīng)驗豐富的員工離職，可能會導(dǎo)致一段時間內(nèi)錯峰換爐難以實現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致爐況和管網(wǎng)壓力變動大，對生產(chǎn)和高爐煤氣再利用造成極大影響。

3、還有一部分的鋼鐵企業(yè)會將換爐業(yè)務(wù)規(guī)則、熱風(fēng)爐操作手冊和歷史數(shù)據(jù)（比如燒爐時長最短和最長時長，換爐時煙道溫度需要達(dá)到多少度等）總結(jié)形成復(fù)雜的換爐流程邏輯，通過編程實現(xiàn)這樣的自動換爐邏輯，同時留有換爐操作的員工用于處理實際生產(chǎn)環(huán)境中的不確定的突發(fā)情況。然而，隨著設(shè)備老化和由此帶來的愈發(fā)不穩(wěn)定的高爐爐況，之前使用的業(yè)務(wù)規(guī)則和操作手冊可能在某些方面失靈。比如，某個高爐某個熱風(fēng)爐老化較快，需要更長的燒爐時間才能將熱風(fēng)燒至可用溫度。此時，僅僅依靠固定的業(yè)務(wù)規(guī)則和換爐操作手冊無法保證錯峰換爐的有效性；一個解決方法是將操作換爐員工的實操經(jīng)驗納入考慮。但是隨之而來的問題是如何將員工經(jīng)驗納入到錯峰換爐規(guī)則或功能中。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的在于提供一種基于不確定隨機規(guī)劃的熱風(fēng)爐排程錯峰方法及系統(tǒng)，解決熱風(fēng)爐排程換爐由于操作人員變動造成的以往換爐規(guī)則無法適用，以及之前使用的換爐排程業(yè)務(wù)規(guī)則和操作手冊可能由于設(shè)備老化、爐況不穩(wěn)定以及等不確定性問題，導(dǎo)致管網(wǎng)壓力波動大煤氣放散問題，提高熱風(fēng)爐排程的穩(wěn)定性和效率。

2、本技術(shù)的實施例是這樣實現(xiàn)的：

3、一種基于不確定隨機規(guī)劃的熱風(fēng)爐排程錯峰方法，其特征在于，包括如下步驟：

4、s1：基于高爐熱風(fēng)爐在煤氣管網(wǎng)分布情況構(gòu)建業(yè)務(wù)規(guī)則；

5、s2：考慮每個高爐換爐時間和換爐間隔，建立不確定隨機數(shù)學(xué)模型：

6、決策變量為：某個高爐的某次換爐等待時間；

7、模型目標(biāo)為：對某個高爐的某次換爐等待時間求累加和，在滿足約束條件的同時累加和取最小值；

8、約束條件為：不同的高爐換爐等待時間之差的絕對值要大于不同坐高爐錯峰換爐時長；同一高爐中不同次換爐的等待時間之差的絕對值要大于同座高爐兩次換爐的最小間隔時間；某個高爐的某次換爐等待時間加上該次換爐時需要進(jìn)行燒轉(zhuǎn)送操作熱風(fēng)爐的燒爐時長之和，要在該坐高爐熱風(fēng)爐最小燒爐時長和最大燒爐時長范圍內(nèi)；

9、s3：將不確定隨機模型轉(zhuǎn)化成確定性等價形式并線性化，對模型求解，得到當(dāng)前業(yè)務(wù)規(guī)則中所有高爐的各熱風(fēng)爐換爐時間以及換爐操作順序組合。

10、上述技術(shù)方案中，步驟s1中構(gòu)建業(yè)務(wù)規(guī)則包括：

11、獲取高爐個數(shù)，位于同一區(qū)域管網(wǎng)的高爐需要錯峰換爐，位于不同區(qū)域管網(wǎng)的高爐不需要錯峰換爐；錯峰換爐指的是如果某一時刻兩個高爐都需要換爐，只能是其中某一個完成成對換爐之后，另一個才開始進(jìn)行成對換爐；

12、獲取每個高爐對應(yīng)的熱風(fēng)爐個數(shù)并進(jìn)行編號；每次換爐都為成對換爐，首先設(shè)置燒爐時長最長的熱風(fēng)爐由燒爐轉(zhuǎn)為送風(fēng)，然后將送風(fēng)時長最長的熱風(fēng)爐由送風(fēng)轉(zhuǎn)為燒爐，每個高爐涉及的所有熱風(fēng)爐的最小換爐周期內(nèi)有兩次成對換爐；

13、設(shè)置熱風(fēng)爐最小燒爐時長和最大燒爐時長。

14、上述技術(shù)方案中，步驟s1中至少存在2-4個高爐，各高爐至少包括2-4個熱風(fēng)爐。

15、上述技術(shù)方案中，步驟s2不確定隨機數(shù)學(xué)模型如下：

16、目標(biāo)函數(shù)：，在滿足約束條件的同時減少調(diào)整量：

17、約束條件為：

18、不同的高爐換爐需要錯峰：；

19、同一高爐不能無縫銜接：；

20、燒爐時長上下界約束：；

21、其中， i:?高爐編號； j:?換爐次數(shù)編號；第 i座高爐第 j次換爐時要進(jìn)行燒轉(zhuǎn)送操作熱風(fēng)爐的燒爐時長；：第i座高爐第j次換爐的初始等待時間；:?第 i座高爐最大燒爐時長；:?第 i座高爐最小燒爐時長；：不確定變量，同座高爐兩次換爐的最小間隔時間；：隨機變量，換爐時長，用于不同座高爐錯峰；決策變量：第 i座高爐第 j次換爐的等待時間；:第j次換爐的避免無縫銜接的時間松弛變量；:第j次換爐的錯峰時間松弛變量。

22、上述技術(shù)方案中，步驟s3采用期望值模型，基于概率論和不確定理論，將不確定隨機模型轉(zhuǎn)化成確定性等價形式并線性化處理絕對值約束，不確定變量“同座高爐兩次換爐的最小間隔時間”的不確定分布用表示，隨機變量“不同坐高爐錯峰換爐時長”的概率分布用表示。

23、針對熱風(fēng)爐排程錯峰換爐過程中由于設(shè)備老化、爐況不穩(wěn)定等造成的不確定性，如果該不確定因素存在相關(guān)測點和歷史數(shù)據(jù)，可以使用概率分布來逼近該不確定因素的頻率，比如燒爐時長參考?xì)v史燒爐時長。

24、上述技術(shù)方案中，步驟s3使用線性規(guī)劃求解器求解。

25、上述技術(shù)方案中，步驟s3得到的換爐順序組合為某個熱風(fēng)爐為“燒爐轉(zhuǎn)為送風(fēng)”，則另一熱風(fēng)爐為“送風(fēng)轉(zhuǎn)為燒爐”，與該某個熱風(fēng)爐構(gòu)成成對換爐。

26、上述技術(shù)方案中，步驟s3中根據(jù)各熱風(fēng)爐換爐時間和換爐順序組合建立排程甘特圖，煤氣管網(wǎng)中各熱風(fēng)爐、生產(chǎn)單位、發(fā)電單位根據(jù)該排程進(jìn)行熱風(fēng)爐換路操作。

27、一種熱風(fēng)爐排程系統(tǒng)，其特征在于，包括：

28、業(yè)務(wù)規(guī)則構(gòu)建單元：用于基于高爐熱風(fēng)爐在煤氣管網(wǎng)分布情況提取業(yè)務(wù)規(guī)則，所述業(yè)務(wù)規(guī)則包括：

29、獲取高爐個數(shù)，位于同一區(qū)域管網(wǎng)的高爐需要錯峰換爐，位于不同區(qū)域管網(wǎng)的高爐不需要錯峰換爐；錯峰換爐指的是如果某一時刻兩個高爐都需要換爐，只能是其中某一個完成成對換爐之后，另一個才開始進(jìn)行成對換爐；

30、獲取每個高爐對應(yīng)的熱風(fēng)爐個數(shù)并進(jìn)行編號；每次換爐都為成對換爐，首先設(shè)置燒爐時長最長的熱風(fēng)爐由燒爐轉(zhuǎn)為送風(fēng)，然后將送風(fēng)時長最長的熱風(fēng)爐由送風(fēng)轉(zhuǎn)為燒爐，每個高爐涉及的所有熱風(fēng)爐的最小換爐周期內(nèi)有兩次成對換爐；

31、設(shè)置熱風(fēng)爐最小燒爐時長和最大燒爐時長；

32、隨機模型單元，用于根據(jù)每個高爐換爐時間和換爐間隔，建立不確定隨機數(shù)學(xué)模型：所述隨機數(shù)學(xué)模型目標(biāo)為：對某個高爐的某次換爐等待時間求累加和，在滿足約束條件的同時累加和取最小值；決策變量為：某個高爐的某次換爐等待時間；約束條件為：不同的高爐換爐等待時間之差的絕對值要大于不同坐高爐錯峰換爐時長；同一高爐中不同次換爐的等待時間之差的絕對值要大于同座高爐兩次換爐的最小間隔時間；某個高爐的某次換爐等待時間加上該次換爐時需要進(jìn)行燒轉(zhuǎn)送操作熱風(fēng)爐的燒爐時長之和，要在該坐高爐熱風(fēng)爐最小燒爐時長和最大燒爐時長范圍內(nèi)；

33、模型求解與排程計算單元，用于將不確定隨機模型轉(zhuǎn)化成確定性等價形式并線性化，對模型求解，得到當(dāng)前業(yè)務(wù)規(guī)則中所有高爐的各熱風(fēng)爐換爐時間以及換爐操作順序組合。

34、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其中存儲有計算機程序，其特征在于，當(dāng)所述計算機程序被執(zhí)行時，實現(xiàn)上述的基于不確定隨機規(guī)劃的熱風(fēng)爐排程錯峰方法。

35、綜上，本發(fā)明引入數(shù)學(xué)建模技術(shù)，減少對人工操作和溝通的依賴。應(yīng)用不確定隨機規(guī)劃，處理設(shè)備老化和爐況不穩(wěn)定帶來的不確定性。將員工經(jīng)驗量化并納入數(shù)學(xué)模型，提高模型的實用性和準(zhǔn)確性。有效應(yīng)對設(shè)備老化和爐況不穩(wěn)定帶來的不確定性，避免管網(wǎng)壓力波動大造成煤氣放散。提高熱風(fēng)爐排程的穩(wěn)定性和效率。具體有益效果如下。

36、應(yīng)對不確定性的能力：傳統(tǒng)方法依賴于操作人員的經(jīng)驗和固定的編程規(guī)則，難以適應(yīng)設(shè)備老化和爐況不穩(wěn)定帶來的不確定性。本發(fā)明引入不確定理論，通過數(shù)學(xué)建模技術(shù)量化不確定性，使系統(tǒng)能夠適應(yīng)設(shè)備老化和爐況變化，同時不依賴與個人的經(jīng)驗，通過自適應(yīng)數(shù)學(xué)模型，提高排程的穩(wěn)定性。

37、減少人工依賴：傳統(tǒng)方法高度依賴于操作人員的經(jīng)驗和線下溝通，對個人經(jīng)驗的依賴性強。本發(fā)明：通過數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化算法，減少對人工操作和溝通的依賴，提高自動化水平。

38、提高管網(wǎng)壓力穩(wěn)定性：傳統(tǒng)方法：由于缺乏有效的錯峰換爐策略，可能導(dǎo)致管網(wǎng)壓力波動大。本發(fā)明：通過優(yōu)化排程，有效避免同時換爐導(dǎo)致的煤氣管網(wǎng)壓力急劇升高，減少煤氣放散。

39、環(huán)境效益：傳統(tǒng)方法：煤氣放散導(dǎo)致資源浪費和環(huán)境污染。本發(fā)明：通過減少煤氣放散，提高資源利用效率，降低環(huán)境污染。

40、經(jīng)濟(jì)效益：傳統(tǒng)方法：由于煤氣放散和設(shè)備不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低和維護(hù)成本增加。本發(fā)明：通過提高生產(chǎn)穩(wěn)定性和減少資源浪費，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

41、靈活性和適應(yīng)性：傳統(tǒng)方法：對于生產(chǎn)計劃的變更和設(shè)備檢修等突發(fā)情況適應(yīng)性差。本發(fā)明：數(shù)學(xué)模型可以靈活調(diào)整，以適應(yīng)生產(chǎn)計劃變更和設(shè)備檢修等需求。

42、模型的可擴展性：傳統(tǒng)方法：擴展性有限，難以適應(yīng)新的業(yè)務(wù)規(guī)則或設(shè)備變化。本發(fā)明：數(shù)學(xué)模型易于擴展，可以納入更多的業(yè)務(wù)規(guī)則和考慮更多的不確定因素。

43、決策支持：傳統(tǒng)方法：決策過程缺乏數(shù)據(jù)支持，依賴于個人經(jīng)驗。難以預(yù)測和應(yīng)對潛在的生產(chǎn)風(fēng)險。本發(fā)明：提供基于數(shù)據(jù)和模型的決策支持，提高決策的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。通過不確定隨機規(guī)劃，可以更好地識別和避免生產(chǎn)過程中的風(fēng)險。

44、技術(shù)先進(jìn)性：傳統(tǒng)方法：技術(shù)相對落后，難以滿足現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)智能化的需求。本發(fā)明：采用先進(jìn)的數(shù)學(xué)建模和優(yōu)化技術(shù)，符合鋼鐵工業(yè)數(shù)字化、智能化的發(fā)展趨勢。