基于因素的鋼鐵企業(yè)工序能耗預(yù)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及冶金自動化領(lǐng)域，具體地，涉及基于因素的鋼鐵企業(yè)工序能耗預(yù)測方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼鐵企業(yè)能耗預(yù)測與平衡研究是采用準(zhǔn)確先進(jìn)的預(yù)測方法對能源需求的趨勢提 供正確的估計，根據(jù)能源消耗歷史數(shù)據(jù)，綜合考慮各工序的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源消耗特點(diǎn)，對工 序能耗和企業(yè)綜合能耗進(jìn)行短期、中期和長期預(yù)測，對企業(yè)能源的使用進(jìn)行總體平衡和調(diào) 整，深入研究鋼鐵企業(yè)能源消耗的特點(diǎn)和機(jī)理，形成全面的能耗評價、分析體系，為能源管 理優(yōu)化提供有效的決策支持，為能源成本預(yù)算提供準(zhǔn)確可靠的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對能源高效合理 地利用。
[0003] 目前的做法是，總部以下的所有二級廠按月把本廠的能耗預(yù)算報送能源環(huán)保部， 能源部根據(jù)各廠的情況進(jìn)行總體的平衡和調(diào)整，調(diào)整后的結(jié)果一方面下達(dá)給二級廠，一方 面形成能耗預(yù)算報給財務(wù)部門，整個過程手工進(jìn)行，每月耗時三天，效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是一種基于因素的鋼鐵企業(yè) 工序能耗預(yù)測方法，能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測各個二級工序介質(zhì)能源消耗量，得到噸鋼綜合能耗， 從而降低原來做法的復(fù)雜度及提高預(yù)測噸鋼綜合能耗的準(zhǔn)確度，縮短耗時周期。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于因素的鋼鐵企業(yè)工序能耗預(yù)測方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟1 :準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，從實(shí)時數(shù)據(jù)庫中獲取鋼鐵企業(yè)工序能耗歷史實(shí)際數(shù)據(jù)，并從導(dǎo) 入計劃數(shù)據(jù)；
[0007] 步驟2 :展示計劃數(shù)據(jù)，其中，將計劃數(shù)據(jù)作為影響因素；
[0008] 步驟3 :根據(jù)歷史實(shí)際數(shù)據(jù)，得到歷史能耗實(shí)際數(shù)據(jù)，并確定計算樣本數(shù)據(jù)；
[0009] 步驟4 :根據(jù)計算樣本獲取固定單耗值；
[0010] 步驟5 :采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方式或者支持向量機(jī)方式進(jìn)行預(yù)測；
[0011] (i)采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行預(yù)測，具體包括如下步驟：
[0012] 步驟501 :先初始化BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，設(shè)定BP網(wǎng)絡(luò)的輸入層、隱含層、輸出層的神經(jīng)元 個數(shù)；
[0013] 步驟502 :根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定粒子總數(shù)，此粒子總數(shù)為所有權(quán)值和閾值的總 和；
[0014] 步驟503 :計算所有粒子中每個粒子的適應(yīng)度；
[0015] 步驟504 :比較每個粒子的適應(yīng)度與所經(jīng)歷過的最好位置的適應(yīng)度進(jìn)行比較，若 較好，則將所述粒子的適應(yīng)度作為當(dāng)前的最好位置P1 (t);
[0016] 步驟505 :將每個粒子的適應(yīng)度與全局所經(jīng)歷的最好位置的適應(yīng)度進(jìn)行比較，若 較好，則將所述粒子的適應(yīng)度作為當(dāng)前的全局最好位置匕(〇 e 其中，P1U)表示第i+1個粒子當(dāng)前的最好位置；
[0017] 步驟506 :根據(jù)公式⑴和公式⑵更新每個粒子的位置Xu和速度Vl];
[0020] 其中：下標(biāo)"j"表示粒子的第j維，"i"表示粒子i，t表示第t代，Cl、c 2為加速常 數(shù)，通常在0~2之間，rand()是（0, 1)均勻分布相互獨(dú)立的隨機(jī)函數(shù)；
[0021] Vij (t+Ι)表示粒子i在t+Ι代時的速度，VijU)表示粒子i在t代時更新后的速 度，Pu (t)表示粒子i在t代時最好位置，Xu (t)表示粒子i在t代時位置，Xu (t+Ι)表示 粒子i在t+1代時位置，pg] (t)表示極值點(diǎn)粒子在t代時最好位置，g表示極值點(diǎn)粒子下標(biāo)
[0022] 從上述由公式（1)和公式（2)構(gòu)成的粒子進(jìn)化方程能夠得到，C1調(diào)節(jié)粒子飛向自 身最好位置方向的步長，C 2調(diào)節(jié)粒子向全局最好位置飛行的步長；
[0023] 步驟507 :若達(dá)到預(yù)設(shè)的適應(yīng)度期望閾值或者達(dá)到一個預(yù)設(shè)的最大代數(shù)，則步驟 504至步驟506所執(zhí)行的搜索停止，輸出全局最優(yōu)位置，否則，返回步驟504繼續(xù)執(zhí)行；
[0024] (ii)采用支持向量機(jī)方式進(jìn)行預(yù)測，具體包括如下步驟：
[0025] 步驟5A :初始化粒子群PSO的粒子種群；
[0026] 步驟5B :將樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算得到新特征值，利用加權(quán)后所形成的新特征值 進(jìn)行建模，利用所得到的檢測模型進(jìn)行交叉檢驗(yàn)，得到交叉檢驗(yàn)值，這個交叉檢驗(yàn)值就適應(yīng) 度值；
[0027] 步驟5C :根據(jù)計算所得到的適應(yīng)度值，運(yùn)用粒子群PSO的速度和位置更新公式對 粒子進(jìn)行更新，同時更新個體歷史最優(yōu)位置和個體適應(yīng)度值，以及全局最優(yōu)位置和全局適 應(yīng)度值；
[0028] 步驟f5D :重復(fù)進(jìn)行步驟5B和步驟5C的操作，直到滿足預(yù)先設(shè)定的迭代次數(shù)或算 法運(yùn)算時間就停止。
[0029] 優(yōu)選地，在步驟503中，以訓(xùn)練誤差精度E作為適應(yīng)度函數(shù)以得到適應(yīng)度：
[0031] 其中，E表示適應(yīng)度，N表示總數(shù)，Y表示期望輸出值，yi表示真實(shí)輸出值。
[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0033] 本發(fā)明能夠較準(zhǔn)確的預(yù)測未來一段時間的工序介質(zhì)能耗及噸鋼綜合能耗變化趨 勢，使調(diào)度人員可以參考工序介質(zhì)能耗變化趨勢，得到噸鋼綜合能耗，從而降低原來做法的 復(fù)雜度及提高預(yù)測噸鋼綜合能耗的準(zhǔn)確度，縮短耗時周期。
[0034] 本發(fā)明解決了鋼鐵制造領(lǐng)域中如何準(zhǔn)確獲得工序能耗的技術(shù)問題，其采用的是基 于支持向量機(jī)或BP網(wǎng)絡(luò)的計算方法并利用預(yù)測模型來實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段，并由此能夠獲得 提高工序能耗預(yù)測計算速度的技術(shù)效果。
【附圖說明】
[0035] 通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：
[0036] 圖1為工序能耗預(yù)測過程。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0038] 步驟一：準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，從實(shí)時數(shù)據(jù)庫中獲取歷史實(shí)際數(shù)據(jù)，手工導(dǎo)入計劃數(shù)據(jù)；
[0039] 步驟二：展示計劃數(shù)據(jù)即影響因素；
[0040] 步驟三：基于歷史實(shí)際數(shù)據(jù)，運(yùn)用BP網(wǎng)絡(luò)建因素模型A ;
[0041] 步驟四：基于歷史實(shí)際數(shù)據(jù)，運(yùn)用支持向量機(jī)建因素模型B，具體如下：
[0042] (1)建模過程中首先將歷史數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，并對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以提高訓(xùn) 練結(jié)果的精度；
[0043] (2)通過核函數(shù)的轉(zhuǎn)化將非線性的問題進(jìn)行線性化，轉(zhuǎn)化為求解二次規(guī)劃問題的 形式；
[0044] (3)采用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法求解以上問題，選擇出支持向量，得到預(yù)測模型。
[0045] 步驟五：步驟三或者步驟四根據(jù)步驟二影響因素的建模制對工序介質(zhì)能耗進(jìn)行預(yù) 測，從而通過計算得到噸鋼綜合能耗。
[0046] 本發(fā)明能夠較準(zhǔn)確的預(yù)測未來一段時間的工序介質(zhì)能耗及噸鋼綜合能耗變化趨 勢，能源中心管理人員可以根據(jù)工序介質(zhì)能耗及噸鋼綜合能耗的變化趨勢，結(jié)合年初制定 的全廠噸鋼綜合能耗目標(biāo)，對各個二級廠工序介質(zhì)能源消耗進(jìn)行調(diào)控，達(dá)到全廠的能源平 衡利用；實(shí)現(xiàn)能源平衡，減少能源浪費(fèi)，提高能源利用率。與人工相比，提高精度，縮短耗時 周期。
[0047] 下面對本發(fā)明進(jìn)行更為具體的描述。
[0048] 實(shí)施例1 :梅鋼煉鋼工序能耗預(yù)測
[0049] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的工序能耗預(yù)測流程圖。
【具體實(shí)施方式】 [0050]
[0051] 參見圖1所示，在本發(fā)明的實(shí)施例1中所述鋼鐵企業(yè)煉鋼工序能耗預(yù)測方法是按 照如下步驟實(shí)現(xiàn)的：
[0052] 步驟一，讀取煉鋼工序能耗歷史實(shí)際數(shù)據(jù)與煉鋼工序?qū)嶋H產(chǎn)量。通過從現(xiàn)場能源 系統(tǒng)中的實(shí)時數(shù)據(jù)庫讀取煉鋼工序能耗歷史實(shí)際數(shù)據(jù)與煉鋼工序?qū)嶋H產(chǎn)量。
[0053] 步驟二，導(dǎo)入需要預(yù)測的相關(guān)煉鋼工序計劃產(chǎn)量數(shù)據(jù)作為影響因素，以通過從外 部導(dǎo)入的方式獲得煉鋼工序計劃產(chǎn)量數(shù)據(jù)。
[0054] 步驟三，根據(jù)步驟一取到的煉鋼工序能耗歷史實(shí)際數(shù)據(jù)與煉鋼工序?qū)嶋H產(chǎn)量，以 人工方式選定月數(shù)作為樣本總數(shù)，其中同一個月的煉鋼工序能耗歷史實(shí)際數(shù)據(jù)與煉鋼工序 實(shí)