一种蒸汽动力系统的优化方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及蒸汽动力系统领域，特别是涉及一种蒸汽动力系统的优化方法，本发明还涉及一种蒸汽动力系统的优化装置、设备及存储介质。

背景技术

目前热电厂往往采用热电联产的形式来迎合市场发展的方向，热电联产指以煤炭为燃料的蒸汽动力系统在提供不同压力的生产蒸汽的同时，通常还需要提供电力，产生的电能可以满足热电厂部分的用电需求，剩余的用电需求可以通过外购电量的方式满足。

由于煤炭资源种类价格、蒸汽需求以及电力需求等的变化，对于蒸汽动力系统的控制方式会直接影响到成本，然而现有技术中缺少一种成熟的蒸汽动力系统的优化方法，导致蒸汽动力系统的运行成本较高。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种蒸汽动力系统的优化方法，通过求取蒸汽动力系统在同时满足预设的电力需求以及蒸汽需求的基础上，使得能源消耗总费用最小的目标参数理想值，以便根据理想值对蒸汽动力系统进行控制，从而降低了成本；本发明的另一目的是提供一种蒸汽动力系统的优化装置、设备及存储介质，通过求取蒸汽动力系统在同时满足预设的电力需求以及蒸汽需求的基础上，使得能源消耗总费用最小的目标参数理想值，以便根据理想值对蒸汽动力系统进行控制，从而降低了成本。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种蒸汽动力系统的优化方法，包括：

获取蒸汽动力系统中与蒸汽相关的设备的数学模型；

根据所述蒸汽动力系统的能源消耗费用的组成项，构建所述蒸汽动力系统的能源消耗总费用的优化模型；

根据所述数学模型以及所述优化模型，求取所述蒸汽动力系统在同时满足预设的电力需求以及蒸汽需求的基础上，使得所述能源消耗总费用最小的目标参数理想值，以便根据所述理想值对所述蒸汽动力系统进行控制；

其中，所述目标参数为汽轮机进气量、汽轮机抽汽量以及汽轮机发电量。

优选地，所述优化模型为：

min Z＝C

其中，Z为所述蒸汽动力系统的能源消耗总费用，C

所述与蒸汽相关的设备为锅炉、汽轮机以及双减器。

优选地，所述根据所述数学模型以及所述优化模型，求取所述蒸汽动力系统在同时满足预设的电力需求以及蒸汽需求的基础上，使得所述能源消耗总费用最小的目标参数理想值具体为：

根据所述数学模型以及所述优化模型，在目标参数预设约束范围内，求取所述蒸汽动力系统在同时满足预设的电力需求约束以及蒸汽需求约束的基础上，使得所述能源消耗总费用最小的目标参数理想值。

优选地，所述电力需求约束为：

∑N

所述蒸汽需求约束为：

其中，P

优选地，所述锅炉的数学模型为：

D(h

所述汽轮机的数学模型为：

GI＝a

所述双减器的数学模型为：

f

其中，D为蒸发量，h

优选地，所述根据所述数学模型以及所述优化模型，求取所述蒸汽动力系统在同时满足预设的电力需求以及蒸汽需求的基础上，使得所述能源消耗总费用最小的目标参数理想值之后，该蒸汽动力系统的优化方法还包括：

判断所述理想值对应的所述能源消耗总费用是否小于预设阈值并输出判断结果。

优选地，所述判断所述理想值对应的所述能源消耗总费用是否小于预设阈值之后，该蒸汽动力系统的优化方法还包括：

若小于，则控制提示器提示所述目标参数理想值；

若不小于，控制报警器报警。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种蒸汽动力系统的优化装置，包括：

获取模块，用于获取蒸汽动力系统中与蒸汽相关的设备的数学模型；

构建模块，用于根据蒸汽动力系统的能源消耗费用的组成项，构建所述蒸汽动力系统的能源消耗总费用的优化模型；

计算模块，用于根据所述数学模型以及所述优化模型，求取所述蒸汽动力系统在同时满足预设的电力需求以及蒸汽需求的基础上，使得所述能源消耗总费用最小的目标参数理想值，以便根据所述理想值对所述蒸汽动力系统进行控制；

其中，所述目标参数为汽轮机进气量、汽轮机抽汽量以及汽轮机发电量。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种蒸汽动力系统的优化设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上所述蒸汽动力系统的优化方法的步骤。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述蒸汽动力系统的优化方法的步骤。

本发明提供了一种蒸汽动力系统的优化方法，考虑到蒸汽动力系统的与蒸汽相关的三个参数中仅有流量这个参数可调变，因此本申请将汽轮机进气量、汽轮机抽汽量以及汽轮机发电量作为目标参数，首先获取蒸汽动力系统中与蒸汽相关的设备的数学模型，并根据能源消耗费用的组成项构建能源消耗总费用的优化模型，最后便可以根据数学模型以及优化模型，求取蒸汽动力系统在同时满足预设的电力需求以及蒸汽需求的基础上，使得能源消耗总费用最小的目标参数理想值，以便根据理想值对蒸汽动力系统进行控制，从而降低了成本。

本发明还提供了一种蒸汽动力系统的优化装置、设备及计算机可读存储介质，具有如上蒸汽动力系统的优化方法相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种蒸汽动力系统的优化方法的流程示意图；

图2为本发明提供的一种蒸汽动力系统的优化装置的结构示意图；

图3为本发明提供的一种蒸汽动力系统的优化设备的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种蒸汽动力系统的优化方法，通过求取蒸汽动力系统在同时满足预设的电力需求以及蒸汽需求的基础上，使得能源消耗总费用最小的目标参数理想值，以便根据理想值对蒸汽动力系统进行控制，从而降低了成本；本发明的另一核心是提供一种蒸汽动力系统的优化装置、设备及存储介质，通过求取蒸汽动力系统在同时满足预设的电力需求以及蒸汽需求的基础上，使得能源消耗总费用最小的目标参数理想值，以便根据理想值对蒸汽动力系统进行控制，从而降低了成本。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明提供的一种蒸汽动力系统的优化方法的流程示意图，该蒸汽动力系统的优化方法包括：

S101：获取蒸汽动力系统中与蒸汽相关的设备的数学模型；

具体的，接上述背景技术的内容，目前，热电产业对于节能降耗的措施主要停留在设备改造、工艺过程改进等的生产层面上，对于一个已经定型的热电生产系统来说，生产层面节能空间很小，而系统优化管理是在生产层面节能改造的基础上更高层次的节能潜力的挖掘。其中，调度优化又是系统优化管理一个重要的组成部分。目前，我国大多数的热电企业的调度仍以人工调度为主，由于生产过程中存在如设备故障、工况改变等不确定因素，以及用户负荷(电和热)的波动，造成了调度工作的复杂和困难，使得人工调度无章可循，随意性很大。而调度优化是从整个系统的层面出发，寻求运行成本最低的调度方案。

其中，优化模型的建立包括各个设备的数学模型建立和整个汽机系统优化问题数学模型建立这两个部分。系统主要涉及有锅炉、汽轮机和双减(减温减压器)三种设备，针对这几种设备分别建立其设备模型，整个系统优化的数学模型可确定为：从热电公司整体角度出发，在满足用户电和热负荷的前提下，综合考虑外购电价格、燃料价格等因素，以成本最低为目标，合理分配各个汽轮机的发电量和抽汽量，以及双减的进汽量。

具体的，考虑到如上背景技术中的技术问题，又结合考虑到对蒸汽动力系统而言，其生产主要是为了满足用户的需求，即电和热的负荷，蒸汽(包括锅炉产汽、汽轮机进汽和抽汽)的变量有三个，包括温度、压力和流量，对于已经定型的蒸汽动力系统而言，锅炉和汽轮机的运行规定，以及用户用汽的要求，使得蒸汽的温度和压力不能改变，仅有流量是可变的，因此本发明实施例中选取汽轮机进汽量、汽轮机抽汽量和汽轮机发电量作为可控决策变量也即目标参数。

具体的，在确定了目标参数的基础上，对蒸汽动力系统进行成本优化计算必然要利用到与蒸汽相关的设备的数学模型，因此本步骤中首先获取蒸汽动力系统中与蒸汽相关的设备的数学模型，其实这些设备也均与蒸汽动力系统中的蒸汽相关，并将得到的数学模型作为后续步骤的数据基础。

S102：根据蒸汽动力系统的能源消耗费用的组成项，构建蒸汽动力系统的能源消耗总费用的优化模型；

具体的，既然要对蒸汽动力系统的能源消耗成本进行优化，那么必然要构建蒸汽动力系统的能源消耗总费用的优化模型，而费用由多个组成项组成，例如燃煤费用以及汽轮机发电消耗的材料成本等，因此本步骤中可以根据蒸汽动力系统的能源消耗费用的组成项，构建蒸汽动力系统的能源消耗总费用的优化模型。

S103：根据数学模型以及优化模型，求取蒸汽动力系统在同时满足预设的电力需求以及蒸汽需求的基础上，使得能源消耗总费用最小的目标参数理想值，以便根据理想值对蒸汽动力系统进行控制；

其中，目标参数为汽轮机进气量、汽轮机抽汽量以及汽轮机发电量。

具体的，在有了各设备的数学模型以及优化模型之后，便可以基于预设的电力需求、蒸汽需求以及优化目标，求取蒸汽动力系统在同时满足预设的电力需求以及蒸汽需求的基础上，使得能源消耗总费用最小的目标参数理想值，利用该目标参数理想值对蒸汽动力系统进行控制，那么在优化模型精准的前提下，便可以使得蒸汽动力系统的能源消耗总费用最小，从而大幅减小了蒸汽动力系统的运行成本。

具体的，值得一提的是，在求解过程中可以应用python第三方库自带的nlpsol求解器对优化模型进行求解。

本发明提供了一种蒸汽动力系统的优化方法，考虑到蒸汽动力系统的与蒸汽相关的三个参数中仅有流量这个参数可调变，因此本申请将汽轮机进气量、汽轮机抽汽量以及汽轮机发电量作为目标参数，首先获取蒸汽动力系统中与蒸汽相关的设备的数学模型，并根据能源消耗费用的组成项构建能源消耗总费用的优化模型，最后便可以根据数学模型以及优化模型，求取蒸汽动力系统在同时满足预设的电力需求以及蒸汽需求的基础上，使得能源消耗总费用最小的目标参数理想值，以便根据理想值对蒸汽动力系统进行控制，从而降低了成本。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，优化模型为：

min Z＝C

其中，Z为蒸汽动力系统的能源消耗总费用，C

与蒸汽相关的设备为锅炉、汽轮机以及双减器。

具体的，当系统的热负荷较大，而汽轮机所能提供的蒸汽不能满足热负荷时，需要将锅炉所产的一部分蒸汽直接送入减温减压器，使蒸汽减温减压。由于蒸汽送入减温减压器后会有明显的能量损失，所以尽量不开或者少开。考虑到双减器对于能量的耗费较高，因此本发明实施例中也可以将其纳入优化模型中，具体体现在双减器开启的惩罚值与负荷量的乘积，从而能够更加全面地考虑蒸汽动力系统的能量消耗成本，有利于得到更好的成本优化结果。

当然，除了该具体形式外，优化模型还可以为其他具体形式，本发明实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，根据数学模型以及优化模型，求取蒸汽动力系统在同时满足预设的电力需求以及蒸汽需求的基础上，使得能源消耗总费用最小的目标参数理想值具体为：

根据数学模型以及优化模型，在目标参数预设约束范围内，求取蒸汽动力系统在同时满足预设的电力需求约束以及蒸汽需求约束的基础上，使得能源消耗总费用最小的目标参数理想值。

具体的，为了更加准确清楚的描述电力需求以及蒸汽需求并进行计算，本发明实施例中预设了电力需求约束以及蒸汽需求约束，并且考虑到由于设备运行的要求以及各种决策变量之间的联系的影响，各个目标参数的选定需在一定范围内进行，因此本发明实施例中还设定了目标参数的预设约束范围，从而能够进一步提升蒸汽动力系统的成本优化效果。

其中，预设约束范围可以通过以下式子表达：

GI

N

GE

其中，GI

当然，除了该具体形式外，预设约束范围还可以为其他形式，本发明实施例在此不作限定。

作为一种优选的实施例，电力需求约束为：

∑N

蒸汽需求约束为：

其中，P

具体的，上述具体约束公式可以准确的表达电力需求约束以及蒸汽需求约束。

当然，除了上述具体公式外，电力需求约束以及蒸汽需求约束具体还可以为其他类型，本发明实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，锅炉的数学模型为：

D(h

汽轮机的数学模型为：

GI＝a

双减器的数学模型为：

f

其中，D为蒸发量，h

具体的，锅炉是完成煤炭与蒸汽转化过程的主要设备，汽轮机的作用是将蒸汽内能转化成电能。

具体的，上述各设备的数学模型均具有准确以及简洁的优点。

当然，除了上述各具体形式外，各设备的数据模型还可以为其他具体形式，本发明实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，根据数学模型以及优化模型，求取蒸汽动力系统在同时满足预设的电力需求以及蒸汽需求的基础上，使得能源消耗总费用最小的目标参数理想值之后，该蒸汽动力系统的优化方法还包括：

判断理想值对应的能源消耗总费用是否小于预设阈值并输出判断结果。

具体的，为了确保得到的理想值能够降低蒸汽动力系统的运行成本，本发明实施例中还可以判断理想值对应的能源消耗总费用是否小于预设阈值，并将判断结果输出，以便工作人员根据结果决定是否选用理想值，或者对优化模型做出调整。

作为一种优选的实施例，判断理想值对应的能源消耗总费用是否小于预设阈值之后，该蒸汽动力系统的优化方法还包括：

若小于，则控制提示器提示目标参数理想值；

若不小于，控制报警器报警。

具体的，为了便于工作人员及时获取到可靠的理想值，本发明实施例中可以在判断结果为小于的情况下控制提示器提示目标参数理想值，并且为了便于工作人员对优化模型进行调整，本发明实施例中可以在判断结果为不小于的情况下控制报警器报警。

其中，提示器以及报警器均可以为多种类型，例如提示器可以为显示器，报警器可以为蜂鸣器等，本发明实施例在此不做限定。

请参考图2，图2为本发明提供的一种蒸汽动力系统的优化装置的结构示意图，该蒸汽动力系统的优化装置包括：

获取模块21，用于获取蒸汽动力系统中与蒸汽相关的设备的数学模型；

构建模块22，用于根据蒸汽动力系统的能源消耗费用的组成项，构建蒸汽动力系统的能源消耗总费用的优化模型；

计算模块23，用于根据数学模型以及优化模型，求取蒸汽动力系统在同时满足预设的电力需求以及蒸汽需求的基础上，使得能源消耗总费用最小的目标参数理想值，以便根据理想值对蒸汽动力系统进行控制；

其中，目标参数为汽轮机进气量、汽轮机抽汽量以及汽轮机发电量。

对于本发明实施例提供的蒸汽动力系统的优化装置的介绍请参照前述的蒸汽动力系统的优化方法的实施例，本发明实施例在此不再赘述。

请参考图3，图3为本发明提供的一种蒸汽动力系统的优化设备的结构示意图，该蒸汽动力系统的优化设备包括：

存储器31，用于存储计算机程序；

处理器32，用于执行计算机程序时实现如前述实施例中蒸汽动力系统的优化方法的步骤。

对于本发明实施例提供的蒸汽动力系统的优化设备的介绍请参照前述的蒸汽动力系统的优化方法的实施例，本发明实施例在此不再赘述。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述实施例中蒸汽动力系统的优化方法的步骤。

对于本发明实施例提供的计算机可读存储介质的介绍请参照前述的蒸汽动力系统的优化方法的实施例，本发明实施例在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。