一種流程工業管網系統的調度系統的製作方法

2023-10-17 09:27:54 2

專利名稱：一種流程工業管網系統的調度系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及流程工業管網系統的調度系統，特別的，涉及流程工業蒸汽系統的調度系統。
背景技術：
流程工業中廣泛使用的各種能源介質，比如水、蒸汽、鋼鐵企業的煤氣、化工企業的瓦斯氣等，都通過管網進行傳輸，並且在管網上都會連接相應的設備，這些設備負責生產、消耗、轉化所傳輸的能源介質或對其進行其他各類處理操作。可以將能源介質的傳輸管網和管網上連接的各種設備稱為管網系統，如公用工程中的蒸汽系統等。管網系統的共同特點是管網比較複雜，設備類型和數量較多，現場生產參數多，人工直接監控的難度大。下面簡單介紹幾種典型的能源介質及其相應的管網和設備。蒸汽是化工、冶金等流程工業重要的能源介質，蒸汽通過能源(比如煤、天然氣、 燃油等)燃燒放熱產生，蒸汽可作為換熱或工藝生產介質，也可以驅動發電機發電或驅動其他設備做功。蒸汽系統由多級蒸汽管網及其上的設備組成。蒸汽管網一般按壓力不同分為超高壓、高壓、中壓、低壓等幾級管網，不同的企業根據工藝不同，其蒸汽系統由不同等級的蒸汽管網組成。蒸汽管網上的產耗汽設備包括通用設備和工藝設備，通用設備也稱為輔助類生產設備簡稱輔助類設備或輔助設備，工藝設備也叫生產類蒸汽設備簡稱生產類設備或生產設備。通用設備指鍋爐、汽輪機、減溫減壓站、放空閥等；工藝設備指工藝系統中的產用蒸汽設備。具有不同壓力等級是蒸汽系統區別於其它管網系統的特點，也是蒸汽系統較其它管網系統更複雜的原因之一。因此，如果能夠解決好蒸汽系統的調度問題，那麼也就可以更容易的解決其它管網系統的調度問題。水也是流程行業常用的能源介質，根據水的用途可分為脫鹽水、冷凝水、消防水和生活水等幾種類型。其中脫鹽水是原水經過處理後用於生產蒸汽的，其管網上連接的設備包括加壓泵、鍋爐、透平凝汽器、除氧器、換熱器和水處理裝置等。加壓泵給管網中的脫鹽水加壓，使得脫鹽水能夠在管網中流動；鍋爐給脫鹽水加熱使其成為蒸汽；透平凝汽器使得透平排除的蒸汽冷凝為液體循環使用；除氧器通過給脫鹽水中通入蒸汽降低脫鹽水的氧含量；換熱器的作用是給脫鹽水加熱或回收冷凝水(可作為脫鹽水使用)的餘熱；水處理裝置主要對原水和回收的脫鹽水進行生化處理，使其滿足脫鹽水的要求。鋼鐵企業的煤氣是一種重要的二次能源介質，可分為焦爐煤氣、高爐煤氣和轉爐煤氣三大類，這三類煤氣單獨傳輸使用，也可以混合後傳輸使用。其中焦爐煤氣是熱值最高的煤氣類型，其管網上的設備包括焦爐、鼓風機、氣櫃、加壓站和各類用戶。焦爐是生產焦爐煤氣的單元，焦爐本身還需要一部分焦爐煤氣進行焦爐的加熱；鼓風機是作用是抽出碳化室的煤氣，使其流向淨化工序；氣櫃是焦爐煤氣的緩存單元，也起到穩定焦爐煤氣管網壓力的作用；加壓站是煤氣的加壓設備，是煤氣傳輸的動力源；常見的焦爐煤氣用戶包括燃氣鍋爐、燒結機等。[0007]管網系統，比如蒸汽系統發生工況變化尤其是發生主要設備故障等事件時，通常， 工廠調度人員只能根據以往經驗做出定性的調度。這種調度方法無法給出精確的調度方案，往往造成調度時間增長、能耗增加。如何使用定性的工廠調度經驗，得到精確定量的調度方案，是全工況調度需要突破的一個重要的技術難題，也是全工況調度的核心問題。

實用新型內容本實用新型一種流程工業管網系統的調度系統，可針對企業管網系統實時發生的各種需調度的工況，為調度人員提供該工況對管網系統帶來的影響以及結合了工廠實際調度經驗的精確的量化調度方案，以指導和輔助其進行調度，使管網系統能夠快速、安全的達到穩定。一種流程工業管網系統的調度系統，包括實時資料庫、關係資料庫、人機接口模塊、調度模塊，各部分的功能如下人機接口模塊與實時資料庫、關係資料庫、調度模塊相連，用以查看實時資料庫中的實時數據，查看關係資料庫中的調度方案，以及向關係資料庫配置和/或修改參數，向調度模塊發出指令；關係資料庫與人機接口模塊、調度模塊相連，存儲由人機接口模塊配置和/或修改的參數；所述參數包括管網信息、管網設備信息、異常事件信息、管網狀態位、調節手段信息和調度規則信息；所述異常事件信息包括異常事件判斷方法和異常事件影響的計算方法；所述管網狀態位用以表徵管網是否在調度狀態；所述調度規則信息存儲的信息包括具體事件所對應的調節手段和確定的調節單元的調節量；所述調節手段信息包括調節單元的優先級信息；實時資料庫與人機接口模塊、調度模塊以及管網系統實際生產數據連接，存儲管網系統的實際生產數據，根據各模塊的要求提供實時數據；調度模塊與實時資料庫、關係資料庫和人機接口模塊相連；在滿足觸發條件後獲取關係資料庫中的異常事件信息、調度規則信息和調節手段信息，結合實時資料庫中的實時數據計算異常事件影響，根據調度方案產生方法給出調度方案；和/或實時跟蹤調度執行情況；所述觸發條件包括調度人員通過人機接口模塊向調度模塊發出調度指令。所述的流程工業管網系統的調度系統，還可以包括工況判斷模塊，所述工況判斷模塊與人機接口模塊、實時資料庫、關係資料庫和調度模塊相連；所述工況判斷模塊根據關係資料庫中配置的異常事件信息中的異常事件判斷方法，從實時資料庫獲取實時數據，自動判斷是否有異常事件發生，在發生異常事件時將異常事件信息發送給調度模塊，觸發計算調度方案；或者接收人機接口模塊的人工觸發異常事件信息，並將異常事件信息發送給調度模塊，觸發計算調度方案；所述調度模塊在接收工況判斷模塊的異常事件信息後，獲取關係資料庫中的異常事件信息、調度規則信息和調節手段信息，結合實時資料庫中的實時數據計算異常事件影響，根據調度方案產生方法給出調度方案；和/或實時跟蹤調度執行情況。所述的流程工業管網系統的調度系統，還可以包括預測模型模塊，所述預測模型模塊與實時資料庫、關係資料庫、人機接口模塊、調度模塊連接，獲取實時資料庫中的數據和關係資料庫中的預測模型，預測能源介質的產耗量的預測結果，並將所述預測結果存儲於關係資料庫；所述關係資料庫還可以存儲用於預測能源介質產耗量的預測模型及預測模型信息；所述預測模型信息包括管網設備負荷與能源介質產耗量關係模型中的模型參數，所述預測模型用於計算異常事件影響以及在給出調度方案時通過能源介質產耗量的變化計算出負荷的調整量；所述調度模塊結合實時資料庫中的實時數據和存儲在關係資料庫中的預測模型計算異常事件影響，根據調度方案產生方法給出調度方案；和/或實時跟蹤調度執行情況。一種流程工業管網系統的調度系統，包括實時資料庫、人機接口模塊、調度模塊， 各部分的功能如下人機接口模塊與實時資料庫、調度模塊相連，用以查看實時資料庫中的實時數據， 查看調度模塊中的調度方案，向實時資料庫和/或調度模塊配置和/或修改參數，和/或向調度模塊發出指令；實時資料庫與人機接口模塊、調度模塊以及管網系統實際生產數據連接，存儲管網系統的實際生產數據，以及管網信息和/或管網設備信息，根據各模塊的要求提供實時數據；調度模塊與實時資料庫、人機接口模塊相連；存儲異常事件信息、管網狀態位、調度規則信息和調節手段信息；所述異常事件信息包括異常事件判斷方法和異常事件影響的計算方法；所述調度規則信息存儲的信息包括具體事件所對應的調節手段和確定的調節單元的調節量；所述調節手段信息包括調節單元的優先級信息；在滿足觸發條件後結合實時資料庫中的實時數據計算異常事件影響，結合調度規則信息和調節手段信息，根據調度方案產生方法給出並存儲調度方案，和/或實時跟蹤調度執行情況；所述管網狀態位用以表徵管網是否在調度狀態；所述觸發條件包括調度人員通過人機接口模塊向調度模塊發出調度指令。所述的流程工業管網系統的調度系統，還可以包括工況判斷模塊，所述工況判斷模塊與人機接口模塊、實時資料庫和調度模塊相連；所述工況判斷模塊根據調度模塊中配置的異常事件信息中的異常事件判斷方法，從實時資料庫獲取實時數據，自動判斷是否有異常事件發生，在發生異常事件時將異常事件信息發送給調度模塊，觸發計算調度方案；或者接收人機接口模塊的人工觸發異常事件信息，並將異常事件信息發送給調度模塊，觸發計算調度方案；所述調度模塊在接收工況判斷模塊的異常事件信息後，結合實時資料庫中的實時數據計算異常事件影響，根據調度方案產生方法給出調度方案。所述的流程工業管網系統的調度系統，還可以包括預測模型模塊，所述預測模型模塊與實時資料庫、人機接口模塊、調度模塊連接，存儲預測模型及預測模型信息，根據預測模型預測並存儲能源介質的產耗量的預測結果；所述預測模型信息包括管網設備負荷與能源介質產耗量關係模型中的模型參數，所述預測模型用於計算異常事件影響以及在給出調度方案時通過能源介質產耗量的變化計算出負荷的調整量，從而給調度人員以直觀的提示；所述調度模塊結合實時資料庫中的實時數據和預測模型模塊的預測模型計算異常事件影響，根據調度方案產生方法給出調度方案；和/或實時跟蹤調度執行情況。[0027]一種流程工業管網系統，所述管網系統可以包括上述的管網系統的調度系統。所述的流程工業管網系統，所述管網系統可以為蒸汽系統。本實用新型的技術效果本實用新型的調度系統的方案，通過物理系統使得上述方法得以實現，並能夠將事件影響、調度方案和/或調度方案的實時執行情況直觀的顯示給調度人員，更好地指導其調度過程。本實用新型的調度系統的進一步的方案，包含工況判斷模塊，能夠自動、準確、及時的判斷異常事件是否發生，並及時提示給用戶，避免了人工監測的失誤和延時。本實用新型的調度系統的進一步的方案包含預測模型模塊，能夠預測能源介質的產耗量，使調度系統在計量儀表不全的情況下依然能夠計算事件影響，給出精確量化的調度方案。在給出調度方案時，可根據預測模型，給出負荷的調整量，從而給調度人員以直觀的提示。本實用新型的流程工業管網系統包括所述的流程工業管網系統的調度系統，因此自然也具有所述調度系統的上述技術效果。本實用新型的流程工業管網系統是流程工業蒸汽系統，因此流程工業蒸汽系統自然也具有所述流程工業管網系統的上述技術效果。

[0035]圖1是事件分類示意圖。[0036]圖2是生成調度流程示意簡圖。[0037]圖3是選擇調節手段的計算流程。[0038]圖4a是調度系統--個實施例的結構圖[0039]圖4b是調度系統--個實施例的結構圖[0040]圖4c是調度系統--個實施例的結構圖[0041]圖4d是調度系統--個實施例的結構圖[0042]圖5是系統功能框圖。[0043]圖6是全工況調度系統工作流程圖[0044]圖7是調度功能執行流程圖
具體實施方式
結合附圖的具體實施例對本實用新型詳述如下。先介紹幾個概念本實用新型中所說的事件即異常事件，是指造成管網系統能源介質不平衡的事件，也即導致異常工況的事件。所述事件包括管網設備故障和管網系統開停車工況。所述能源介質不平衡包括能源介質的不足和過量。所述事件影響是指發生所述事件時引起的能源介質不平衡的量；其發生會造成管網系統的不平衡程度，即能源介質不足量或能源介質過剩量。調節手段是針對事件的、調節單元具體的調度動作，調度方案是所述調節手段的組合，所述調節手段包括調度規則的調節手段和調節單元優先級的調節手段。[0050]所述調節單元是可用於調度的管網設備，即調節設備。所述管網設備包括管網系統上的通用設備和/或工藝設備。所述調度規則是針對具體事件的調度所涉及的各調節單元的調節手段的組合，這些調節手段的調節量是固定的；即針對每一具體事件，該事件發生時企業固定的調節手段， 也就是說所述管網設備的調節量對應於同一個具體事件是確定的。所述具體事件的調度是指在發生具體事件時，為使管網達到平衡，調節單元的動作。同一個管網設備在不同的具體事件中，其調度規則可能不同，導致該管網設備的調節量可能不同。所述具體事件是指具體某一設備的異常事件，如鍋爐A停車，針對每一具體事件可根據工廠調度經驗總結規則。所述普遍性事件是指針對蒸汽系統整體的異常事件，包括蒸汽量過剩或蒸汽量不足的事件。在管網系統中通過監測具體事件可以確定會發生怎樣的普遍性事件，比如鍋爐A停車這個具體事件可能導致蒸汽量不足的普遍性事件，因此具體事件可以看作普遍性事件的一個屬性。在普遍性事件裡，每一個調節設備(即調節單元) 針對不同的具體事件的優先級相同。所述調節量指調節單元的調節程度，是面向調度人員的用於具體調度的量，因此可以是調節的具體數值或百分比數值。所述調度值是指調節單元的調節操作引起的具體的能源介質的變化量值，也稱為調節單元的作用，是用於進行平衡計算的量，因此其數值是具體數值，不能是百分比數值。比如放空閥A的調度值為40即為放空閥A的調度值；而放空閥是打開還是關閉則是其調度動作，當然本領域技術人員可以很容易的想到其它表達調度值的方式，比如「增大40」等，因此調度值的具體形式應在本實用新型的權利要求保護範圍之內。調度值是由調節量和當前管網數據確定的，調節量是調度的目標，而調度值是根據當前管網數據達到該目標的具體操作；比如若調節量是「將鍋爐A開到最大」，若鍋爐A的最大產汽量是500，而當前的產汽量是300，則調度值是200 ；若當前鍋爐A的產汽量是400，則調度值是100。包含在調度規則中的調節單元的調度值是由具體事件確定的固定值。所述調節單元優先級是多個調節單元的調度順序，由設備的類型、調度動作影響管網系統速度的快慢以及是否影響生產等因素確定，比如放空閥的調節明顯影響管網系統的狀態，因此該類型的調節單元的優先級較高；而如果對工藝設備進行調節經常會嚴重影響生產條件、生產過程和產物，因此工藝設備的優先級往往較低；所述調節單元優先級可適用於普遍性事件。以蒸汽系統為例介紹流程工業管網系統中的調度系統與方法。由於流程工業管網系統具有類似的特點，因此下述實施例如無特別聲明，均適用於流程工業管網系統，所述管網系統包括各種能源介質的管網系統，包括以蒸汽、煤氣、水等作為能源介質的管網系統。 本實用新型所涉及的調度是全工況調度。全工況調度的目的是針對蒸汽系統發生的不同事件給調度人員提供不同的調度方案，以指導和輔助其調度過程，使蒸汽管網儘快達到穩定。 該方案能彌補所述事件對蒸汽系統造成的影響(即蒸汽不足或過剩量)。全工況調度的原則是，調度的過程首要原則是保證安全，因此就要求儘快地調整管網穩定，並在此基礎上儘量少地影響生產，減少能源浪費。針對不同的事件，生成調度方案的方法和調度方案的形式也不盡相同。蒸汽系統的事件分類情況如圖1所示。蒸汽系統的事件可分為開停車工況和故障，同時故障又可按能否進行蒸汽平衡計算分為兩類。對於蒸汽系統開停車工況，一般工廠都有詳細的作業指導書，調度時根據工廠操作經驗，逐條給出操作步驟指導即可。因此本實用新型的重點放在故障工況下的調度，當然也包括對於開停車工況的調度。以下分兩類情況分別討論。1.不可進行蒸汽平衡計算的工況不可進行蒸汽平衡計算的工況主要指未知原因引起的管網壓力異常且未監測到蒸汽流量明顯變化的工況。由於無法獲得充足的數據進行蒸汽平衡計算，在生成調度方案的過程中，根據從實際調度中總結得出的調度規則給出定性的調度指導方案。這類工況由於沒有明顯能源介質流量變化，因此不是本實用新型研究的內容。2.可進行蒸汽平衡計算的工況這類工況包括明確故障(工藝、設備故障)，還包括未知原因引起的管網壓力異常但監測到主要蒸汽設備流量大幅變化的工況。導致這類工況的設備故障和管網系統開停車工況稱為異常事件或簡稱為事件。這類工況可以計算出故障對蒸汽系統的直接和連鎖影響，即蒸汽缺口(即不足量)或過剩量。對於此類工況，可以首先計算出事件影響，並根據事件影響計算出量化的調度方案，並全部提示給用戶。本實用新型討論上述可進行蒸汽平衡計算的工況，針對該類事件如何根據該事件的影響，給出快速安全並且精確量化的調節手段。流程工業的蒸汽動力系統有以下特點1.用戶分散由於流程工業工藝系統較龐雜，因此蒸汽系統的用戶往往不只包括公用工程裡的蒸汽透平，還分散在整廠的生產類設備中。2.產汽源眾多除專門用於生產蒸汽的鍋爐外，部分生產類設備中還有廢熱鍋爐，可以使用工藝餘熱產汽，因此流程工業蒸汽系統的產汽單元眾多。3.壓力等級多—般流程工業由於工藝要求，需要使用多個等級的蒸汽。以合成氨工藝為例，高壓蒸汽用於驅動透平拖動壓縮機來壓縮合成氣，中壓蒸汽用於驅動空分裝置，低壓蒸汽用於換熱等工藝。通過分析以上流程工業蒸汽系統的特點，為實現其全工況調度，需要解決以下幾個技術難點1.多個壓力等級管網的蒸汽平衡問題。流程行業蒸汽系統一般都存在多個壓力等級的蒸汽管網。一方面，一些事件發生會破壞兩級或以上壓力管網上的蒸汽平衡，如高壓抽凝式汽輪機跳車會造成高壓管網蒸汽過剩和中壓管網蒸汽不足。另一方面，一些嚴重的事件發生後，只依靠某一級管網上的調節手段並不能調整管網至再次平衡，只能多級管網同時參與調節。因此如何兼顧多個壓力等級蒸汽管網的蒸汽平衡問題是全工況調度的難點之一。該問題是蒸汽系統區別於其它管網系統的問題，因此對於該問題的解決方案僅適
9用於蒸汽系統。2.研究滿足全工況調度要求的計算模型(或稱為計算方法)全工況調度的目的是快速安全地調整管網穩定同時儘量不影響生產，而不是以經濟上的最優化為調度目標，因此無法找到固定的最優化指標來使用數學規劃的方法計算調度方案。為滿足全工況調度的目標，只能藉助工廠實際生產中的調度經驗。研究如何使用定性的工廠調度經驗，得到精確定量的調度方案，是全工況調度需要突破一個重要的技術難題，也是全工況調度的核心問題。3.調節量與蒸汽量之間的關係生成調度方案時，以蒸汽量的產耗平衡為基礎，但是在給出方案時應該考慮全工況調度的易用性，結合實際生產中的調度習慣，給出適當的調度方案形式。以生產類設備為例，應以負荷調整量的形式給出調度方案，因此需要建立各生產類設備和輔助類設備調節量與蒸汽產耗量的關係。4.計算事件影響蒸汽平衡計算應該在蒸汽壓力溫度穩定在一定範圍內的前提下進行。一般在蒸汽系統發生事件後，會引起蒸汽壓力和溫度變化。在調度執行過程中蒸汽的壓力溫度波動也較大，且由於調度涉及設備過多，很難預知其變化情況。不能使用事件發生後蒸汽壓力溫度變化時的流量數據來計算事件影響。對於工藝蒸汽設備發生故障或檢修等事件，需要通過負荷與蒸汽量的函數關係和負荷相互影響關係模型來計算事件影響。因此研究事件影響的計算方法也是全工況調度的重點研究問題。簡而言之，全工況調度的核心問題就是事件發生後，怎樣選擇適當的調節手段組合彌補事件的影響使蒸汽系統重新達到平衡。全工況調度採用規則(即調度規則)與優先級結合的調度方法，總體思路如下根據企業蒸汽系統實際運行情況，總結出該蒸汽系統可能發生的事件的集合。針對每一具體事件總結其調度規則，即該事件發生時工廠固定的調節手段。除針對具體的事件的調度規則外，還需總結各個調節設備在普遍性事件的調度中的優先級。針對每一具體事件的調度方案即各個調節手段(調節設備的調節程度)的組合。 這些調節手段分為兩部分一部分根據該事件的調度規則結合蒸汽平衡計算確定，另一部份根據調節設備的優先級並結合蒸汽平衡計算獲得。調度方案通過蒸汽平衡計算得到，滿足以下條件假設事件影響為X，通過調度規則確定的調節手段組合的作用為Y1，通過設備優先級確定的調節手段組合的作用為Y2。則X = Yl+Y2(l)其中，作用是指調節手段的操作造成的蒸汽變化量值，也稱為調度值。由上述方式生成調度方案的流程示意圖見圖2。全工況調度針對蒸汽系統涉及的一些假設如下1.減溫水的溫度壓力不變為計算方便，對於對多級管網有影響的事件，或對多級管網有作用的調節手段，它們的影響X或作用Y均轉化為某一級管網上的蒸汽量。減溫減壓站只起到相鄰兩級管網中蒸汽量轉化的作用，同時它的上下限也是調節手段作用的一項約束。總之，減溫減壓不作為最終的調節手段，可以看成相鄰兩級管網之間蒸汽轉化的係數。由於只有蒸汽系統存在多級管網的問題，因此該問題主要適應於蒸汽系統，對於該問題的解決方案也僅適用於蒸汽系統。根據減溫減壓站進出汽和排汽的函數關係
° (^-Φο+Φ^-Κ, K(2)或G。= wGk式中
(1-φ)Η,+φΗ -how w =---；G0—減溫減壓站進汽流量，t/h ；Gk——減溫減壓站排汽流量，t/h ；φ——未蒸發水量佔總減溫水的百分比，％ ；h。w——減溫水比焓，KJ/Kg ；h φκ一減溫減壓站排出的飽和水比焓，KJ/Kg ；h。——進減溫減壓站蒸汽比焓，KJ/Kg ；hk——出減溫減壓站蒸汽比焓，KJ/Kg ；可以假設減溫水的溫度和壓力保持恆定，即焓值保持恆定，從而…h。w、/v^、h。、hk 均為常數，因此相鄰兩級管網之間通過減溫減壓站的管網間轉化係數w為常數。2.事件發生前與調度結束的時刻管網上各處溫度壓力不變—方面，由於蒸汽系統在調度過程中的壓力溫度的變化無規律可循，因此生成調度方案時進行的蒸汽平衡計算依據事件發生前和調度結束兩個時刻的蒸汽平衡狀態，而不使用調度過程中的流量數據。即需要假設，根據調度方案將各蒸汽設備調節到目標狀態後， 蒸汽系統能夠重新達到平衡，且蒸汽壓力溫度與事件發生前保持一致。另一方面，在調度方案中，減溫減壓站和放空閥等設備的調節量是以閥門開度的形式給出的。如果假設調度結束後的蒸汽壓力溫度與事件發生前保持一致，則閥門開度與蒸汽流量(即調節量)的函數關係可以用理想流量特性表示。總之，全工況調度以調節蒸汽系統重新達到穩定為目的。只有假設調度前後蒸汽壓力溫度不發生變化，之後的計算才具有意義。本實用新型提出了一種調度方案產生方法，是一種將調度規則與具有優先級的調節手段相結合得出與異常事件影響相匹配的調度值的機制。生成調度方案的計算方法(即調度方案產生方法)的步驟如下1.通過減溫減壓站的管網之間轉化方法流程工業蒸汽系統一般包含多個壓力等級的管網，需要兼顧多個壓力等級蒸汽管網的蒸汽平衡問題。生成調度方案的計算過程是虛擬的蒸汽平衡計算，調度方案給出的是各設備的最終調節目標。因此對具有不同壓力等級的蒸汽系統而言，在計算過程中，可以將蒸汽流量在各個壓力等級之間進行轉化。將流量轉化到某一級管網上，從而簡化蒸汽平衡計算過程。管網之間轉化可分為兩類調節手段的調度值Y的轉化以及事件的影響X的轉化。假設某調節手段會使A級管網蒸汽用量減少Ya ；在不考慮減溫減壓站調節上下限的情況，如果通過調節減溫減壓站保持A級管網的平衡，可將該蒸汽用量減少的作用Ya轉化到A+1級管網，使A+1級管網蒸汽用量減少YA+1 = YAXwA+1，即此時A+1級管網減溫減壓站進汽量減少YA+1。當然該轉化方法也適合於蒸汽生產量增加Ya的情況。A+1表示A的上一級管網，若A級指中壓管網，則A+1表示高壓管網。Wiw為蒸汽通過減溫減壓站從A+1級管網到A級管網的轉化係數，指要產生1噸A級蒸汽需要wA+1噸 A+1級蒸汽通過減溫減壓站。Wiw根據減溫減壓站進出汽和排汽的函數關係(公式O))計算得到。當各級管網的壓力確定後，在符合上述假設條件下，wA+1不隨Ya的改變而變，可確定為固定值。事件影響X的轉化方法類似，以輔助汽輪機跳車為例。假設該輔助汽輪機在B級管網和B-I級管網之間，為一次調節抽汽式汽輪機。B表示B-I的上一級管網，若B-I級指中壓管網，則B表示高壓管網。事件發生前該輔助汽輪機在B級管網的進汽量為&，在B-I 級管網的抽汽量為^V1(即向B-I級管網輸送的B-I級蒸汽量)。該輔助透平(即上述輔助汽輪機)跳車會造成的事件影響為B級管網的蒸汽過剩 Xb, B-I級管網蒸汽生產量缺口(不足量)XB_i(也就是上述輔助汽輪機未跳車前能夠生產的B-I級蒸汽)；在不考慮減溫減壓站調節上下限的情況下B級管網減溫減壓站進汽量增加\以維持B級管網的蒸汽平衡，該事件影響可等價為B-I級管網蒸汽過剩量X』B_i = Xb/ wB-XB_i，由式2可見，式中/、代表B級管網蒸汽量&由減溫減壓站轉化為B-I級管網的蒸汽量值。在計算中蒸汽量往哪一級管網轉化視具體事件的情況而定。由於只有蒸汽系統才具有多級壓力管網，因此該步驟僅限於蒸汽系統，即其它管網系統不具備此步驟。2.約束條件每一個設備產生的調節作用均有上限約束，該值一般都是由設備本身的調節上下限所限制。即Yx ^ Yx, MX但是在蒸汽系統中，當\需要進行管網間的轉化時，還需考慮減溫減壓站的調節上下限。在計算過程中，由於往往需要對蒸汽量進行管網間的轉化，減溫減壓站的閥位目標值也隨計算過程而改變。調節設備的調節上限應取本身上限和減溫減壓站上限中較小者。假設某放空閥X在C級管網，C+1級管網由於故障造成蒸汽過剩(屬於一類普遍性事件)，因此關小放空閥造成的C級蒸汽使用增加量\需要往上級管網轉化，為保持C級管網穩定，需開大C+1級管網的減溫減壓站，且減溫減壓站進汽增加量￥ 應滿足式3 Yff/wc+1 = Yx (3)此時減溫減壓站的調節上限為YW,MX，則\應滿足4的約束Yx^ min {Yx, Mx，Yw, Mx/wc+1} (4)3.調度方案計算流程，即調度方案產生方法，是指調度規則與具有優先級的調節手段相結合得出與異常事件影響相匹配的調度值的機制。
12[0133]調度方案的計算過程就是根據事件影響選擇調節手段組合的過程，由於全工況調度沒有固定的最優化目標函數，最好的方法就是根據調度規則和優先級將事件影響和調節作用逐一對比匹配。當事件發生後，首先計算事件影響X，之後根據該事件的調度規則和各個調節設備 (即調節單元)的優先級，逐步生成調節手段的組合，並將其作用Y和事件影響X相比較。 當Y = X時，表示當前的調節手段組合能夠使蒸汽系統重新達到平衡，該調節手段組合即全工況調度方案。事件的影響是指普遍性事件的影響，即蒸汽不足量或過剩量，用X表示；調節手段的作用用Y表示。為原普遍性事件的影響，Ysw為由經驗調度規則確定的調節手段的作用，也是指引起該普遍性事件的具體事件的調節手段的作用，Yn表示優先級為η的調節手段的作用。選擇調節手段的流程如圖3所示調度方案的計算方法包括以下步驟1)計算事件影響計算事件影響即異常事件影響的計算方法，用於計算異常事件的影響。事件影響的計算方法根據具體事件的不同而不同。計算事件影響時，總的思路是首先計算出所有與該事件相關的設備在事件發生後的能源介質量(對蒸汽系統是蒸汽量)，將其與事件發生前平穩工況下的能源介質量(對蒸汽系統是蒸汽量)相比較，差值即事件影響。對蒸汽系統而言，一些對多個壓力等級管網造成影響的事件，其事件影響還需進行管網之間的轉化。2)計算調度規則的作用根據調度規則所確定的調節手段的調節量也是確定的，因此可以根據當前管網數據計算確定其調度值，即作用Yjw。使用調度規則調節手段後蒸汽系統新的不足或過剩量成為新影響(即事件剩餘影響)，用Xli表示，其與調度規則作用和事件影響的關係如式5所示X 新=X 事件-Y刪(5)以上計算的結果Xli是對使用調度規則調節手段後蒸汽系統狀況的預測，而不是實際實施該調節手段。如果Xli= 0，說明使用調度規則調節手段能夠使蒸汽系統達到平衡， 本計算流程結束，輸出的調度方案就是調度規則調節手段。3)匹配優先級的作用如果Xli^ 0，說明使用調度規則調節手段不能使蒸汽系統達到平衡，需要從優先級為1的調節手段開始，確定優先級為1的調節單元的調節手段的調度值Y1，計算此時的事件剩餘影響& ，則X1M= Xm-Y1 ；若X1M= 0，則將上述調度規則的調節手段及其調節量與優先級為1的調節單元的調節手段及其調節量作為調度方案輸出；若Xix^ 0，則向下進行；4)按照優先級η由高到低的順序，即數字η由小到大的順序，依次比較調節手段的作用Yn和蒸汽系統當前的不足或過剩量Xlrili (即該事件的剩餘影響)的差值Xnli = Xlri _Υη。η = 1的優先級大於η = 2的優先級。即η值越大，優先級越低。Xlri 表示使用完調度規則調節手段以及優先級小於η的所有調節手段後蒸汽系統新的不足或過剩量，若Xn 新=0，說明使用該優先級的調節單元的調節手段能夠使管網系統達到平衡，則將步驟2)中調度規則的調節手段及其調節量與優先級為1至η的所有調節單元的調節手段及其調節量作為調度方案輸出；若Xnli^ 0，則依據上述方法計算此時的事件剩餘影響Χη+1| ，以此類推， 直至Xmx= 0，將步驟2)中調度規則的調節手段及其調節量與優先級為1至m的所有調節單元的調節手段及其調節量作為調度方案輸出；蒸汽平衡計算方程組如式6，
權利要求1.一種流程工業管網系統的調度系統，包括實時資料庫、關係資料庫、人機接口模塊、 調度模塊，各部分的功能如下人機接口模塊與實時資料庫、關係資料庫、調度模塊相連，用以查看實時資料庫中的實時數據，查看關係資料庫中的調度方案，以及向關係資料庫配置和/或修改參數，向調度模塊發出指令；關係資料庫與人機接口模塊、調度模塊相連，存儲由人機接口模塊配置和/或修改的參數；實時資料庫與人機接口模塊、調度模塊以及管網系統實際生產數據連接，存儲管網系統的實際生產數據，根據各模塊的要求提供實時數據；調度模塊與實時資料庫、關係資料庫和人機接口模塊相連；在滿足觸發條件後獲取關係資料庫中的異常事件信息、調度規則信息和調節手段信息，結合實時資料庫中的實時數據計算異常事件影響，根據調度方案產生方法給出調度方案；和/或實時跟蹤調度執行情況；所述觸發條件包括調度人員通過人機接口模塊向調度模塊發出調度指令。
2.根據權利要求1所述的流程工業管網系統的調度系統，其特徵在於，還包括工況判斷模塊，所述工況判斷模塊與人機接口模塊、實時資料庫、關係資料庫和調度模塊相連；所述工況判斷模塊根據關係資料庫中配置的異常事件信息中的異常事件判斷方法，從實時資料庫獲取實時數據，自動判斷是否有異常事件發生，在發生異常事件時將異常事件信息發送給調度模塊，觸發計算調度方案；或者接收人機接口模塊的人工觸發異常事件信息，並將異常事件信息發送給調度模塊，觸發計算調度方案；所述調度模塊在接收工況判斷模塊的異常事件信息後，獲取關係資料庫中的異常事件信息、調度規則信息和調節手段信息，結合實時資料庫中的實時數據計算異常事件影響，根據調度方案產生方法給出調度方案；和/或實時跟蹤調度執行情況。
3.根據權利要求1或2所述的流程工業管網系統的調度系統，其特徵在於，還包括預測模型模塊，所述預測模型模塊與實時資料庫、關係資料庫、人機接口模塊、調度模塊連接，獲取實時資料庫中的數據和關係資料庫中的預測模型，預測能源介質的產耗量的預測結果， 並將所述預測結果存儲於關係資料庫；所述關係資料庫存儲用於預測能源介質產耗量的預測模型及預測模型信息；所述預測模型用於計算異常事件影響以及在給出調度方案時通過能源介質產耗量的變化計算出負荷的調整量；所述調度模塊結合實時資料庫中的實時數據和存儲在關係資料庫中的預測模型計算異常事件影響，根據調度方案產生方法給出調度方案；和/或實時跟蹤調度執行情況。
4.一種流程工業管網系統的調度系統，包括實時資料庫、人機接口模塊、調度模塊，各部分的功能如下人機接口模塊與實時資料庫、調度模塊相連，用以查看實時資料庫中的實時數據，查看調度模塊中的調度方案，向實時資料庫和/或調度模塊配置和/或修改參數，和/或向調度模塊發出指令；實時資料庫與人機接口模塊、調度模塊以及管網系統實際生產數據連接，存儲管網系統的實際生產數據，以及管網信息和/或管網設備信息，根據各模塊的要求提供實時數據；調度模塊與實時資料庫、人機接口模塊相連；存儲異常事件信息、管網狀態位、調度規則信息和調節手段信息；在滿足觸發條件後結合實時資料庫中的實時數據計算異常事件影響，結合調度規則信息和調節手段信息，根據調度方案產生方法給出並存儲調度方案，和/ 或實時跟蹤調度執行情況；所述管網狀態位用以表徵管網是否在調度狀態；所述觸發條件包括調度人員通過人機接口模塊向調度模塊發出調度指令。
5.根據權利要求4所述的流程工業管網系統的調度系統，其特徵在於，還包括工況判斷模塊，所述工況判斷模塊與人機接口模塊、實時資料庫和調度模塊相連；所述工況判斷模塊根據調度模塊中配置的異常事件信息中的異常事件判斷方法，從實時資料庫獲取實時數據，自動判斷是否有異常事件發生，在發生異常事件時將異常事件信息發送給調度模塊，觸發計算調度方案；或者接收人機接口模塊的人工觸發異常事件信息，並將異常事件信息發送給調度模塊，觸發計算調度方案；所述調度模塊在接收工況判斷模塊的異常事件信息後，結合實時資料庫中的實時數據計算異常事件影響，根據調度方案產生方法給出調度方案。
6.根據權利要求4或5所述的流程工業管網系統的調度系統，其特徵在於，還包括預測模型模塊，所述預測模型模塊與實時資料庫、人機接口模塊、調度模塊連接，存儲預測模型及預測模型信息，根據預測模型預測並存儲能源介質的產耗量的預測結果；所述預測模型用於計算異常事件影響以及在給出調度方案時通過能源介質產耗量的變化計算出負荷的調整量，從而給調度人員以直觀的提示；所述調度模塊結合實時資料庫中的實時數據和預測模型模塊的預測模型計算異常事件影響，根據調度方案產生方法給出調度方案；和/或實時跟蹤調度執行情況。
7.一種流程工業管網系統，其特徵在於，所述管網系統包括權利要求1至6之一所述的管網系統的調度系統。
8.根據權利要求8所述的流程工業管網系統，其特徵在於，所述管網系統為蒸汽系統。
專利摘要本實用新型一種流程工業管網系統的調度系統，包括實時資料庫、關係資料庫、人機接口模塊、調度模塊，通過調度計算方法，將從實際經驗總結出的調度規則和調節單元優先級相結合，能夠計算出精確量化的調度方案，為調度人員提供及時、方便、並結合了工廠實際調度經驗的精確的量化調度方案，以指導和輔助其進行調度，使管網系統能夠快速、安全的達到穩定。本實用新型的調度系統和方法可應用於包括蒸汽系統在內的流程工業管網系統。本實用新型提供的一種管網轉化方法可以解決蒸汽系統多級管網調度複雜的問題。
文檔編號G05B19/418GK202133897SQ20112020305
公開日2012年2月1日 申請日期2011年6月16日 優先權日2011年6月3日
發明者孫緒彬, 崔培崇, 王學雷 申請人:北京三博中自科技有限公司