CN102830616A - 一种蒸汽系统的运行优化系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工、冶金等领域的蒸汽系统，特别涉及这些领域蒸汽系统的运行优化系统和运行优化方法。本发明提出了一种蒸汽系统运行优化系统，包括，实时数据库，关系数据库，优化模型构建模块，优化模型计算模块，人机接口模块；本发明还提供了一种蒸汽系统运行优化方法，能够根据蒸汽系统的实际情况构建优化模型，并采用优化算法计算得到优化运行方案，供现场调度人员和管理人员根据优化方案进行调度，提高蒸汽系统运行的经济性，降低企业的能耗，为企业降低生产成本。

Description

一种蒸汽系统的运行优化系统和方法

技术领域

本发明涉及化工、冶金等领域的蒸汽系统，特别涉及这些领域蒸汽系统的运行优化系统和运行优化方法。

背景技术

蒸汽是化工、冶金等流程行业重要的能源介质。蒸汽通过能源介质(通常为煤、天然气、燃油)燃烧放热产生，蒸汽可作为换热或工艺生产介质，也可以驱动发电机发电或驱动其他设备做功。

蒸汽系统是企业公用工程的一部分，它由蒸汽管网和蒸汽设备组成，为企业的生产提供各压力等级的蒸汽，图1给出了一个简化的蒸汽系统的示意图。根据蒸汽管网中蒸汽压力和温度可以把蒸汽管网分为不同的压力等级，图1中的蒸汽系统包含三级蒸汽管网：高压蒸汽管网(10.OMPa，530℃)、中压蒸汽管网(3.8MPa，400℃)和低压蒸汽管网(0.5MPa，190℃)。蒸汽设备包括辅助类蒸汽设备和生产类蒸汽设备。辅助类蒸汽设备的作用是满足生产所需的各压力等级蒸汽，并保持蒸汽管网的稳定。生产类蒸汽设备是消耗或副产蒸汽的工艺设备。生产类蒸汽设备包括生产类消耗蒸汽设备(如图1中生产类蒸汽设备1、2和4)和生产类副产蒸汽设备(如图1中生产类蒸汽设备3和5)。蒸汽管网上的辅助类蒸汽设备包括锅炉、透平、减温减压站、放空阀等。锅炉为辅助类产汽设备，不同锅炉的热效率是不一样的，同一台锅炉在不同负荷下热效率也是不一样的。图1中给出了两台生产高压蒸汽的锅炉：A锅炉和B锅炉。发电透平为辅助类能级转换做功设备，进入透平的蒸汽做功发电。抽汽式透平中的部分蒸汽做功后从透平中间级抽出，并入低能级的蒸汽管网。透平的排汽类型分为两种：背压式和凝汽式。背压式透平排出的蒸汽并入低能级的蒸汽管网继续使用；凝汽式透平也叫冷凝式透平，其排出的蒸汽冷凝后循环使用。对于抽凝式的发电透平，透平的总进汽量、抽汽量可根据需要进行调节，发电机的发电量也随之变化。图1中1#透平为二次抽汽冷凝式透平，驱动发电机发电，一次抽汽并入中压蒸汽管网，二次抽汽并入低压蒸汽管网，冷凝水进入冷凝水管道；2#透平为一次抽汽冷凝式透平，驱动发电机发电，一次抽汽并入中压蒸汽管道；3#透平为凝汽式，驱动压缩机做功；4#透平为一次抽汽冷凝式，驱动压缩机做功，一次抽汽并入低压蒸汽管网。减温减压站是辅助类能级转换设备，它安装在不同能级管网之间，把高能级的蒸汽减温减压为低能级的蒸汽，图1中的1#减温减压站的作用是把高压蒸汽减温减压为中压蒸汽；2#减温减压站的作用是把中压蒸汽减温减压为低压蒸汽。减温减压过程降低了蒸汽的做功能力，应尽量减少减温减压量以减少能源消耗。放空阀把管网中的蒸汽直接排放到大气中，是辅助类压力调节设备，图1中的1#放空阀用来调节中压蒸汽管网压力，2#放空阀用来调节低压蒸汽管网压力，应尽量减少放空量以减少能源消耗。

由于能源的紧缺和能源价格的上涨，各企业对蒸汽系统运行的经济性也越来越重视。人工制定蒸汽系统运行方案时主要以经验为主，很难保证及时性和经济最优的目标。而采用本发明的技术，可以综合考虑生产负荷、电价、燃料、季节等因素的变化对蒸汽系统的运行成本的影响。本发明根据蒸汽需求量、自发电成本、外购电成本、锅炉效率、透平工况等因素综合确定蒸汽系统运行方案。本发明通过优化计算给出优化运行方案，在保证生产用汽的前提下减少或消除放空量和减温减压量，降低蒸汽系统的运行成本。

发明内容

本发明的目的是为企业提供一套蒸汽系统的运行优化系统，能够给出蒸汽系统运行的优化运行方案和优化经济指标，还提供相应的蒸汽系统的运行优化方法。

一种蒸汽系统的运行优化系统，包括实时数据库，关系数据库，优化模型构建模块，优化模型计算模块，人机接口模块，各部分功能如下：

人机接口模块与实时数据库、关系数据库连接，用以查看实时数据库的实时数据，设定实时数据库的工况状态位，由所述工况状态位启动优化模型构建模块和/或优化模型计算模块运行；向关系数据库配置和/或修改参数，显示关系数据库中的优化运行方案和/或优化经济指标；

优化模型构建模块与实时数据库、关系数据库和优化模型计算模块连接；所述优化模型构建模块在运行时，读取构建优化模型相关的数据和关系数据库中的构建优化模型相关的参数，根据关系数据库中的优化模型的构建规则构建或更新优化模型，并将所述优化模型存储到关系数据库；所述构建优化模型相关的数据包括实时数据库的数据；所述构建规则包括生成优化变量、构建优化目标和约束条件，所述优化变量包括蒸汽管网和蒸汽设备的可调节参数；所述优化目标是指所要优化的指标函数，所述指标函数中的变量选自优化变量；所述优化目标包括燃耗设备的燃料消耗成本、用水成本、电成本，及其各自的经济指标计算公式；所述经济指标计算公式用于计算经济指标；所述约束条件是蒸汽管网和蒸汽设备参数或/和工况的约束条件，包括进行负荷调节的设备的负荷上下限约束、以及各级管网质量平衡方程；所述约束条件是由优化变量所构成的线性或/和非线性的等式或/和不等式构成，

优化模型计算模块与实时数据库、关系数据库、优化模型构建模块连接，存储优化算法，由实时数据库的工况状态位启动运行时，读取关系数据库中的优化模型和实时数据库的数据，通过所述优化算法计算得出优化运行方案，并且读取关系数据库中的优化目标参数和所述优化运行方案，通过经济指标计算公式得出优化经济指标，将优化运行方案和优化经济指标存储在关系数据库和/或显示在人机接口模块；和/或读取关系数据库中的优化目标参数和实时数据库的数据，通过经济指标计算公式得出当前运行方案的经济指标，将优化运行方案和优化经济指标连同所述优化经济指标与当前运行方案的经济指标的对比结果存储在关系数据库和/或显示在人机接口模块；所述优化目标参数为用于优化目标的经济指标参数；

实时数据库与人机接口模块、优化模型构建模块、优化模型计算模块和蒸汽系统实际生产数据相连接，实时数据库的数据包括蒸汽系统的实际生产数据、以及工况状态位；根据上述各模块的要求提供数据；所述实时数据库的数据包括带有蒸汽流量仪表的蒸汽设备的仪表流量数据；

关系数据库与人机接口模块、优化模型构建模块、优化模型计算模块连接，存储的参数包括：通过人机接口模块配置和/或修改的参数、优化模型的构建规则、计算得到的优化运行方案和优化经济指标；所述通过人机接口模块配置和/或修改的参数包括所述的构建优化模型相关的参数；所述构建优化模型相关的参数包括蒸汽系统的管网参数和设备参数、能源信息。

所述的蒸汽系统的运行优化系统，所述用水包括脱盐水，所述用水成本包括所述用水的成本、处理所述用水达到使用标准的成本；所述电成本包括外购电成本与自发电收益之差，或外购电成本，或自发电收益。

所述的蒸汽系统的运行优化系统，所述优化模型可以是混合整数非线性规划模型；和/或所述优化算法采用混合整数非线性规划方法；和/或所述优化变量可以包括连续变量和0-1变量；所述连续变量是可调节设备的调节参数，和/或所述0-1变量是运行状态可变的设备的运行状态；和/或所述约束条件还包括蒸汽设备工况描述函数，所述蒸汽设备工况描述函数包括采用至少一组线性和/或非线性方程表述的透平运行工况，通过负荷效率模型描述锅炉的负荷与效率之间的关系。

所述的蒸汽系统的运行优化系统，还可以包括工况判断模块，所述工况判断模块与实时数据库、关系数据库、人机接口模块连接，用以自动判断工况状态，并将工况状态记录在实时数据库中的工况状态位；

所述优化模型构建模块和优化模型计算模块根据实时数据库中的工况状态位判断是否启动运行；

所述人机接口模块还包括查看和/或设定工况判断条件；

所述关系数据库存储工况判断条件。

所述的蒸汽系统的运行优化系统，还可以包括调度系统，所述调度系统与工况判断模块连接，在所述工况状态位表征为异常工况时对蒸汽系统进行调度或给出调度方案，并在调度完成后向工况判断模块反馈调度信息所述调度信息包括表征调度完成的信息；所述异常工况是指蒸汽系统中发生至少一个异常事件的工况状态；所述异常事件是指影响蒸汽系统平稳运行的事件。

所述的蒸汽系统的运行优化系统，还可以包括蒸汽产耗量预测模块，所述蒸汽产耗量预测模块与实时数据库、关系数据库连接，利用实时数据库的数据和/或关系数据库中的预测模型参数，通过预测模型预测蒸汽消耗量和/或副产蒸汽量，并将预测结果保存到关系数据库中；用于构建或更新优化模型的所述构建优化模型相关的数据还包括预测模型的蒸汽消耗量和/或副产蒸汽量的预测结果。

所述的蒸汽系统的运行优化系统，如果工艺设备通过蒸汽换热方式消耗或副产蒸汽，则通过热量平衡方法建立所述预测模型；如果蒸汽作为工艺设备的生产原料，那么可以根据生产机理建立所述预测模型。

所述的蒸汽系统的运行优化系统，对于生产负荷同时调整的多个工艺设备看作一个工艺单元组合，可以只建立一个所述预测模型。

所述的蒸汽系统的运行优化系统，所述蒸汽产耗量预测模型还包括预测模型自校正模块，所述预测模型自校正模块在预测模型偏离实际值和/或计算值一定范围之外时对预测模型进行自校正，并更新所述预测模型参数。

所述的蒸汽系统的运行优化系统，所述人机接口模块还可以与蒸汽产耗量预测模块、优化模型构建模块、优化模型计算模块的至少一个连接，查询和/或修改所述优化模型和/或所述预测模型，和/或设定优化模型构建规则，和/或启动优化模型构建模块和/或优化模型计算模块的运行。

所述的蒸汽系统的运行优化系统，还可以包括历史数据库，所述历史数据库与人机接口模块和实时数据库连接，按照设定周期将实时数据库的数据存储在历史数据库中，以便人机接口模块查询历史数据。

一种蒸汽系统的运行优化系统，包括实时数据库，优化模型构建模块，优化模型计算模块、人机接口模块，各部分功能如下：

人机接口模块与实时数据库、优化模型构建模块、优化模型计算模块连接；用以查看实时数据库的数据；查看、配置和/或修改优化模型构建模块中的优化模型构建规则及其相关参数，和构建优化模型相关的参数；显示优化模型计算模块的优化运行方案和/或优化的经济指标；和/或直接启动优化模型构建模块和/或优化模型计算模块运行；或设定实时数据库的工况状态位，以工况状态位启动优化模型构建模块和/或优化模型计算模块运行

优化模型构建模块与实时数据库、人机接口模块、优化模型计算模块连接，由人机接口模块在所述优化模型构建模块设置并存储优化模型的构建规则、构建优化模型相关的参数；所述构建规则包括生成优化变量、构建优化目标和约束条件，所述优化变量包括蒸汽管网和蒸汽设备的可调节参数；所述优化目标是指所要优化的指标函数，所述指标函数中的变量选自优化变量；所述优化目标包括燃耗设备的燃料消耗成本、用水成本、电成本，及其各自的经济指标计算公式；所述经济指标计算公式用于计算经济指标；所述约束条件是蒸汽管网和蒸汽设备参数或/和工况的约束条件，包括优化变量的上下限约束和各级管网质量平衡方程；所述约束条件是由优化变量所构成的线性或/和非线性的等式或/和不等式构成；所述构建优化模型相关的参数包括蒸汽系统的管网参数和设备参数、能源信息；所述优化模型构建模块在运行时，读取构建优化模型相关的数据和构建优化模型相关的参数，根据优化模型的构建规则构建或更新优化模型，并存储优化模型；所述构建优化模型相关的数据包括实时数据库的数据；

优化模型计算模块与实时数据库、人机接口模块和优化模型构建模块连接，存储优化算法，由实时数据库的工况状态位启动运行时或由人机接口模块直接启动时，读取优化模型构建模块中的优化模型和实时数据库的数据，通过优化算法计算得出优化运行方案，并且读取优化模型构建模块中的优化目标参数和所述优化运行方案，通过经济指标计算公式得出优化经济指标，将优化运行方案和优化经济指标显示在人机接口模块和/或存储在优化模型计算模块；和/或读取优化模型构建模块的优化目标参数和实时数据库的数据，通过经济指标计算公式得出当前运行方案的经济指标，将优化运行方案和优化经济指标连同所述优化经济指标与当前运行方案的经济指标的对比结果显示在人机接口模块和/或存储在优化模型计算模块；所述优化目标参数为用于优化目标的经济指标参数；

实时数据库与人机接口模块、优化模型构建模块、优化模型计算模块和蒸汽系统实际生产数据相连接，实时数据库的数据包括蒸汽系统的实际生产数据、工况状态位；根据上述各模块的要求提供数据；所述实时数据库的数据包括带有蒸汽流量仪表的蒸汽设备的仪表流量数据。

所述的蒸汽系统的运行优化系统，所述用水可以包括脱盐水，所述用水成本包括所述用水的成本、处理所述用水达到使用标准的成本；所述电成本包括外购电成本与自发电收益之差，或外购电成本，或自发电收益。

所述的蒸汽系统的运行优化系统，所述优化模型是混合整数非线性规划模型；和/或所述优化算法采用混合整数非线性规划方法；和/或所述优化变量包括连续变量和0-1变量；所述连续变量是可调节设备的调节参数，和/或所述0-1变量是运行状态可变的设备的运行状态；和/或所述约束条件还包括蒸汽设备工况描述函数，所述蒸汽设备工况描述函数包括采用至少一组线性和/或非线性方程表述透平运行工况，通过负荷效率模型描述锅炉的负荷与效率之间的关系。

所述的蒸汽系统的运行优化系统，还可以包括工况判断模块，所述工况判断模块与实时数据库、人机接口模块连接，用以存储工况判断条件、自动判断工况状态，并将工况状态记录在实时数据库中的工况状态位；

所述优化模型构建模块和优化模型计算模块根据实时数据库中的工况状态位判断是否启动运行；

所述人机接口模块还包括查看和/或设定工况判断条件。

所述的蒸汽系统的运行优化系统，还可以包括调度系统，所述调度系统与工况判断模块连接，在所述工况状态位表征为异常工况时对蒸汽系统进行调度或给出调度方案，并在调度完成后向工况判断模块反馈调度信息，所述调度信息包括表征调度完成的信息；所述异常工况是指蒸汽系统中发生至少一个异常事件的工况状态；所述异常事件是指影响蒸汽系统平稳运行的事件。

所述的蒸汽系统的运行优化系统，还可以包括蒸汽产耗量预测模块，所述蒸汽产耗量预测模块与实时数据库、优化模型构建模块、人机接口模块连接，存储预测模型及预测模型参数，利用实时数据库的数据和/或所存储的预测模型参数，通过预测模型预测蒸汽消耗量和/或副产蒸汽量，并存储预测结果；用于构建或更新优化模型的所述构建优化模型相关的数据还包括预测模型的蒸汽消耗量和/或副产蒸汽量的预测结果。

所述的蒸汽系统的运行优化系统，如果工艺设备通过蒸汽换热方式消耗或副产蒸汽，则通过热量平衡方法建立所述预测模型；如果蒸汽作为工艺设备的生产原料，那么可以根据生产机理建立所述预测模型。

所述的蒸汽系统的运行优化系统，对于生产负荷同时调整的多个工艺设备看作一个工艺单元组合，可以只建立一个所述预测模型。

所述的蒸汽系统的运行优化系统，所述蒸汽产耗量预测模块还包括预测模型自校正模块，所述预测模型自校正模块在预测模型偏离实际值和/或计算值一定范围之外时对预测模型进行自校正，并更新所述预测模型参数。

所述的蒸汽系统的运行优化系统，还可以包括历史数据库，所述历史数据库与人机接口模块和实时数据库连接，按照设定周期将实时数据库的数据存储在历史数据库中，以便人机接口模块查询历史数据。

一种蒸汽系统的运行优化方法，包括如下步骤：

1)设定优化算法；配置构建优化模型相关的参数：所述构建优化模型相关的参数包括蒸汽系统的管网参数和设备参数，能源信息；

2)读取工况状态位，并判断是否进行优化计算，若不满足优化计算条件则继续读取工况状态位；若满足优化计算条件，则向下进行；

3)记录蒸汽系统当前的实时数据；

4)读取构建优化模型相关的参数和/或构建优化模型相关的数据生成优化变量、构建优化目标、构建约束条件，构建得到优化模型，所述构建优化模型相关的数据包括实时数据；所述优化变量包括蒸汽管网和蒸汽设备的可调节参数；所述优化目标是指所要优化的指标函数，所述指标函数中的变量选自优化变量；所述优化目标包括燃耗设备的燃料消耗成本、用水成本、电成本，及其各自的经济指标计算公式；所述经济指标计算公式用于计算经济指标；所述约束条件是由优化变量所构成的线性或/和非线性的等式或/和不等式构成，包括优化变量的上下限约束和各级管网的质量平衡方程；

5)读取实时数据和优化模型执行优化算法，计算优化运行方案

6)根据优化目标参数和优化运行方案通过经济指标计算公式计算优化经济指标；所述优化目标参数为用于优化目标的经济指标参数；

7)输出优化运行方案和优化经济指标；所述优化运行方案包括蒸汽系统各级管网及设备的优化运行参数。

所述的蒸汽系统的运行优化方法，在步骤6)之后还包括步骤6a)：根据优化目标参数和实时数据，通过经济指标计算公式得出当前运行方案的经济指标；在步骤7)后还包括步骤7a)：输出所述优化经济指标与当前运行方案经济指标的对比结果。

所述的蒸汽系统的运行优化方法，在选择同步更新优化模型的情况下，所述步骤1)之后还包括步骤1a)和1b)：

1a)读取构建优化模型相关的参数和/或构建优化模型相关的数据生成优化变量、构建优化目标、构建约束条件，构建得到优化模型；所述构建优化模型相关的数据包括实时数据；所述优化变量包括蒸汽管网和蒸汽设备的可调节参数；所述优化目标是指所要优化的指标函数，所述指标函数中的变量选自优化变量；所述优化目标包括燃耗设备的燃料消耗成本、用水成本、电成本，及其各自的经济指标计算公式；所述经济指标计算公式用于计算经济指标；所述约束条件是由优化变量所构成的线性或/和非线性的等式或/和不等式构成，包括优化变量的上下限约束和各级管网的质量平衡方程；

1b)根据实时的蒸汽设备状态数据和构建优化模型相关的参数实时更新优化模型，所述实时更新优化模型包括更新优化变量，优化目标，以及不包含质量平衡方程常数项的约束条件；

步骤4)可以替换为：读取构建优化模型相关的参数和/或构建优化模型相关的数据更新优化模型中的质量平衡方程。

所述的蒸汽系统的运行优化方法，步骤2)可以替换为：等待用户的优化计算指令，接收到优化计算指令后，向下进行。

所述的蒸汽系统的运行优化方法，

在步骤1)中还包括：预设工况状态位为表征平稳工况的值；设定蒸汽系统的实际工况状态的判断条件；

所述步骤2)之前还包括如下步骤：

步骤1c)：判断所有蒸汽管网和蒸汽设备是否发生异常工况；所述异常工况是指蒸汽系统中发生至少一个异常事件的工况状态；所述异常事件是指影响蒸汽系统平稳运行的事件；当发生至少一个异常事件时，将工况状态位设定为表征异常工况的值，并提示调度人员和/或调度系统发生异常工况，由调度人员和/或调度系统进行调度，或由调度系统提供调度方案辅助调度人员进行调度，并返回步骤1c)；在调度完成后调度人员和/或调度系统将工况状态位设定为表征非异常工况的值，向下进行；若所有蒸汽管网和蒸汽设备均未发生异常工况，向下进行。

所述的蒸汽系统的运行优化方法，步骤1)还可以包括：设定预测模型；在步骤2)之前还包括步骤1d)：调用所述预测模型用以预测蒸汽消耗量和/或副产蒸汽量；在步骤4)中的构建优化模型相关的数据还包括预测模型得出的蒸汽消耗量和/或副产蒸汽量的预测结果。

所述的蒸汽系统运行优化方法，在步骤1)还可以包括：设定预测模型自校正机制；在步骤1d)之后还有步骤1e)：判断是否需要对预测模型进行自校正；所述预测模型自校正模块在预测模型偏离实际值和/或计算值一定范围之外时对预测模型进行自校正，并更新预测模型参数；若需要自校正，则通过预测模型自校正机制对预测模型进行自校正，并将自校正后的预测模型参数替换原来的预测模型参数。

本发明的技术效果

本发明蒸汽系统的运行优化系统和方法能够构建优化模型，自动给出蒸汽系统的优化运行方案，该方案不仅给出了优化运行方案的运行参数，还给出了优化经济指标，供调度人员参考，在燃料价格和电价发生变化、工艺生产负荷发生变化等情况下，蒸汽系统运行优化系统能够及时给出的优化方案，挖掘出蒸汽系统的经济运行的潜力，为企业降低能源消耗，降低生产成本。

本发明进一步的方案在燃料价格和电价发生变化、工艺生产负荷发生变化等情况下，能够及时自动更新优化模型，重新计算迅速给出优化运行方案，从而及时挖掘出蒸汽系统的经济运行的潜力。

本发明进一步的方案还可以提供优化经济指标与当前运行方案的经济指标的对比，给出优化运行方案所能节约的成本，便于用户和调度人员参考。

本发明进一步的方案帮助用户根据实际生产过程需要的用水成本、电成本等因素综合确定运行优化方案。本发明进一步的方案选用至少一组线性和/或非线性方程表述的透平运行工况的蒸汽设备工况描述函数，使得对于工况的描述更加准确。本发明进一步的方案采用混合整数非线性规划模型作为优化模型，保证了优化运行方案的准确。本发明进一步的方案的优化变量采用代表设备调节参数的连续变量和代表设备运行状态的0-1变量，对设备的描述完整、准确，为得到准确的优化模型提供了保障。

本发明进一步的方案能够自动判断蒸汽系统的运行工况，及时提供蒸汽系统的运行情况。在蒸汽系统进入平稳运行状态时才读取实时数据，获得优化运行方案，使得优化运行方案能够真实反映蒸汽系统的实际情况，给相关人员可靠的参考数据。

本发明进一步的方案将运行优化系统与调度系统进行连接，在蒸汽系统发生异常事件时能及时提醒调度人员和/或调度系统进行处理；在蒸汽系统趋于稳定后根据优化模型计算得到优化运行方案及优化经济指标。

本发明进一步的方案基于蒸汽产耗的预测模型对一些蒸汽管网或蒸汽设备提供预测数据，以弥补实际数据的缺失或减小实时数据的误差。

本发明进一步的方案对蒸汽产耗的预测模型提供了一种自校正模块或自校正机制，在预测模型发生明显偏差时对预测模型进行自校正，保证了数据的可靠有效。

本发明进一步的方案的人机接口模块可以与其它模块直接连接，方便了由用户直接发布各种指令，使得对运行优化系统的控制更加灵活。

本发明进一步的方案还包括历史数据库，便于用户对历史数据的查询。在具有自校正模块的情况下，还可以利用历史数据进行自校正。

附图说明

图1蒸汽系统示意图

图2a是一个实施例的蒸汽系统运行优化系统结构框图

图2b是一个实施例的蒸汽系统运行优化系统结构框图

图2c是一个实施例的蒸汽系统运行优化系统结构框图

图2d是一个实施例的蒸汽系统运行优化系统结构框图

图3是一个实施例的平稳工况判断方法示意图

图4是一个实施例的蒸汽系统

图5a是蒸汽系统运行优化方法的一个流程图

图5b是蒸汽系统运行优化方法的一个流程图

图5c是蒸汽系统运行优化方法的一个流程图

具体实施方式

结合附图的具体实施例对本发明详述如下。

实施例1

本发明基于实际生产数据构建优化模型，也可以基于实际生产数据和预测模型预测的数据共同构建优化模型，通过优化计算给出优化运行方案，为企业降低能源消耗，降低生产成本。图2a和图2c分别是蒸汽系统运行优化系统一个实施例的两种实施方式的结构框图，从图中可以看出各模块之间的连接关系。

由图2a可见，一种蒸汽系统的运行优化系统，包括实时数据库，关系数据库，优化模型构建模块，优化模型计算模块，人机接口模块。各模块功能如下：

人机接口模块作为蒸汽系统的运行优化系统与用户(工作人员，管理人员或其他相关人员等)的交流界面，可以与实时数据库、关系数据库连接，供用户查看实时数据库的数据，设定实时数据库的工况状态位，由工况状态位启动优化模型构建模块和/或优化模型计算模块运行，当然也可以显示存储在实时数据库中的工况状态位；向关系数据库配置和/或修改参数，显示关系数据库中的优化运行方案和/或优化经济指标；当然人机接口模块也可以与优化模型构建模块连接(图中未示出)，以直接启动优化模型构建模块运行；人机接口模块也可以与优化模型计算模块连接，启动优化模型计算模块运行，并从优化模型计算模块实时获得优化运行方案和/或优化经济指标。

另外，若优化模型构建模块、优化模型计算模块本身具有存储单元，可以存储相关参数并分别存储优化模型和优化算法，则可以不需要关系数据库，这种情况可以参见图2c，此时，人机接口模块可以与实时数据库、优化模型构建模块、优化模型计算模块连接；供用户查看实时数据库的数据；查看、配置和/或修改优化模型构建模块中的优化模型构建规则及其相关参数，以及构建优化模型相关的参数；显示优化模型计算模块的优化运行方案和/或优化的经济指标；和/或直接启动或通过设定实时数据库的工况状态位，以工况状态位启动优化模型构建模块和/或优化模型计算模块运行。总之，用户获取的资料及发布的指令均通过所述人机接口模块进行。

实时数据库可以与人机接口模块、优化模型构建模块、优化模型计算模块和蒸汽系统实际生产数据相连接，实时数据库的数据包括蒸汽系统的实际生产数据、以及工况状态位；根据系统中各模块的要求提供数据。所述实际生产数据可以是例如DCS实时数据等。所述的蒸汽系统的实际生产数据通常是通过通信网络(比如工业以太网)连接现场的生产过程控制系统(比如DCS或PLC)再连接到蒸汽系统上，当然也可以通过网络或物理连接的方式直接连接到蒸汽系统上。这样，优选地，用户可以通过与实时数据库相连的人机接口模块实时监控实际生产数据或DCS数据。所述实时数据库的数据可以包括带有蒸汽流量仪表的蒸汽设备的仪表流量数据。

关系数据库可以与人机接口模块、优化模型构建模块、优化模型计算模块连接，存储的参数包括：所有通过人机接口模块配置和/或修改的参数、计算得到的优化运行方案和优化经济指标；所述通过人机接口模块配置和/或修改的参数可以包括优化变量，优化目标，约束条件，所述的构建优化模型相关的参数，优化模型。所述优化变量、优化目标、约束条件用于构建优化模型，所述构建优化模型相关的参数包括蒸汽系统的管网参数和设备参数、能源信息。优化变量、优化目标和约束条件是根据构建优化模型相关的参数和实时数据库中的数据生成的，用以构建优化模型。

根据蒸汽设备的类型和配置的信息，把蒸汽设备分为两类：可调节蒸汽设备和不可调节蒸汽设备。可配置为可调节设备的类型包括：锅炉、放空阀、减温减压站和透平等辅助类蒸汽设备。除可调节蒸汽设备以外的其他蒸汽设备定义为不可调节蒸汽设备，比如各类生产类蒸汽设备。根据可调节设备可确定优化变量。优化变量包括蒸汽管网和蒸汽设备的可调节参数，当然还包括其它参数，如流量等。

下面是通过人机接口模块配置和/或修改的参数，下述属性属于参数的一种，包括：

一，管网配置

蒸汽系统根据压力的不同可以分为不同的等级。首先配置蒸汽系统各压力等级的管网，管网属性(即参数)可以包括：管网名称、管网蒸汽温度、管网蒸汽压力等。当然可以包括其它属性。

二，蒸汽设备配置

配置各级管网上的辅助类蒸汽设备和产耗蒸汽的生产类蒸汽设备的参数。辅助类蒸汽设备包括锅炉、透平、减温减压站和放空阀等。还可以根据具体情况包括其它辅助类蒸汽设备和/或生产类蒸汽设备。

例如，锅炉可以包括以下属性(即参数)：

属性名称	说明
		所属管网
锅炉运行方式	是否参与负荷调节【决定设备是否可调】
		负荷下限
负荷上限
		产汽仪表位号
负荷效率模型参数
		锅炉目标状态	可设定为：状态不变；状态可变

锅炉作为辅助类蒸汽设备，是可调节设备，通过设定其中的“锅炉运行方式”参数确定该蒸汽设备是否可调节。对于不可调节设备，不设置该项。对可调节设备而言，优化变量可以从可调节参数中选取。对锅炉而言，其可调节参数是负荷的调节，而对于透平而言，透平的可调节参数包括发电量，进汽量，出汽量等。所述优化变量包括连续变量和0-1变量；所述连续变量可以是可调节设备的调节参数，像上述锅炉的负荷的调节以及透平的发电量、进汽量、出汽量等的调节均为连续变量。而所述0-1变量可以表征运行状态可变的设备的运行状态，所述0-1变量取值为0代表设备不运行，取值为1代表设备运行。根据该锅炉参数“锅炉目标状态”判断锅炉的状态是否可变，如果已设定为“可变”，则把“锅炉状态”设定为0-1变量。锅炉的负荷下限和负荷上限参数是可以用于约束条件的参数，用于下述构建约束条件。

锅炉的负荷效率模型可以表示为如下的抛物线形式模型：

${\mathrm{\η}}_i={\mathrm{\α}}_1{F}_{\mathrm{bi}}^2+{\mathrm{\α}}_2{F}_{\mathrm{bi}}+{\mathrm{\α}}_3$

其中η_i为锅炉热效率，α₁，α₂，α₃为模型参数，F_bi为第i台锅炉的负荷。

锅炉蒸汽-燃料热效率计算公式如下：

那么锅炉给定负荷下的煤耗表达式如下：

式中，29.307MJ/kg是1kg标准煤的低位发热量。

上述方程只是作为示例对本部分内容进行解释，当然也可以根据实际情况采用其它函数形式，比如三次函数、四次函数或其它形式，因此上述描述不应理解为对本发明保护范围的限制。

透平可以包括以下属性：

对于不同类型的透平，描述工况的变量也不一样。对于二次抽汽凝汽式透平，可采用总进汽量、一次抽汽量、二次抽汽量、凝汽量和发电量之间的关系描述其工况图。根据工况图的特点，优选地，可采用变量的一次或二次方程组来描述工况图。当然也可以根据实际情况包括其它类型的函数形式描述工况图，比如三次方程(组)、四次方程(组)等，因此上述描述不应理解为对本发明保护范围的限制。其中的总进汽属性、一次抽气属性、二次抽气属性的流量上下限等参数是可以用于约束条件的参数，用于下述构建约束条件。

减温减压站包括如下属性：

属性名称	说明
		一级蒸汽所属管网
一级蒸汽仪表位号	压力仪表
		二级蒸汽仪表位号	温度仪表、流量仪表
减温水仪表位号
		一级蒸汽流量上下限
设备运行方式	运行、不运行

此处减温减压站为可调节的设备，其参数“设备运行方式”决定其是否运行，如果运行，则把减温减压站的进汽量和排汽量作为连续变量；

放空阀的属性包括：

属性名称	说明
		所属管网
管网压力仪表位号
		最大放空量	设计值
设备运行方式	运行、不运行

此处放空阀为可调节的设备，其参数“设备运行方式”决定其是否运行，如果运行，则把放空阀的放空量作为连续变量；

生产类蒸汽设备属性包括：

上述配置的参数只是作为示例对本部分内容进行解释，当然根据具体工况还会有其它参数，因此上述内容不应理解为对本发明保护范围的限制。

三，能源参数配置

能源类型包括：各类燃料、脱盐水、电。

燃料信息配置

其中燃料价格参数是经济指标参数，用于下述的构建优化目标。

锅炉燃料信息配置

属性名称	说明
		燃料名称	选择燃料名称。

脱盐水信息配置

属性名称	说明
		吨汽耗水量	吨/吨
脱盐水价格	元/吨

其中脱盐水价格参数是经济指标参数，用于下述的构建优化目标。

电信息配置

属性名称	说明
		时段
所属时段	平、峰、谷
		电价	外购电价

其中电价参数是经济指标参数，用于下述的构建优化目标。

上述说明只是作为示例对本部分内容进行解释，不应理解为对保护范围的限制。比如在某些条件下可以使用天然气代替煤，则属性配置(即参数配置)也会发生适应性变化等。

在不需要关系数据库的情况下，所述参数可以分别存储在优化模型构建模块和优化模型计算模块中，比如优化变量，优化目标，约束条件，所述的构建优化模型相关的参数，优化模型可以存储在优化模型构建模块；而计算得到的优化运行方案和优化经济指标存储到优化模型计算模块，等等。

优化模型构建模块可以与实时数据库、关系数据库、优化模型计算模块连接；所述优化模型构建模块在运行时，读取构建优化模型相关的数据和关系数据库中的构建优化模型相关的参数，根据优化模型的构建规则构建或更新优化模型，并将所述优化模型存储到关系数据库；所述构建优化模型相关的数据包括实时数据库的数据；所述构建规则包括生成优化变量、构建优化目标和约束条件。

在优化模型构建模块自身具有存储单元的情况下，可以不需要关系数据库。此时，优化模型构建模块可以与实时数据库、人机接口模块、优化模型计算模块连接，由人机接口模块在所述优化模型构建模块设置并存储优化模型的构建规则、构建优化模型相关的参数；所述构建规则包括生成优化变量、构建优化目标和约束条件。所述优化模型构建模块在运行时，读取构建优化模型相关的数据和构建优化模型相关的参数，根据优化模型的构建规则构建或更新优化模型，并存储优化模型；所述构建优化模型相关的数据包括实时数据库的数据。

由优化模型构建模块构建的优化模型具体可以包括优化目标和约束条件，而构建所述优化目标和约束条件的前提条件是选择、设定优化变量。优化变量的具体描述如上所述。所述优化目标是指所要优化的指标函数，所述指标函数中的变量选自优化变量；所述优化目标包括燃耗设备的燃料消耗成本、用水成本、电成本，及其各自的经济指标计算公式；所述经济指标计算公式用于计算经济指标；所述燃耗设备包括锅炉，当然也包括其它产生和消耗蒸汽的设备，比如燃气透平等；所述约束条件是蒸汽管网和蒸汽设备参数或/和工况的约束条件，包括优化变量的上下限约束、以及各级管网质量平衡方程，当然还可以包括其它约束条件，比如在存在蒸汽设备的情况下(比如透平)，还可以包括蒸汽设备工况描述函数(比如透平工况描述函数)；所述约束条件可以由优化变量所构成的线性或/和非线性的等式或/和不等式构成；所述用水可以包括脱盐水；所述用水成本包括所述用水本身的成本及处理所述用水达到使用标准的成本；所述电成本包括外购电成本与自发电收益之差，或外购电成本，或自发电收益；所述蒸汽设备包括透平，也可以包括其它符合条件的设备，比如放空阀、减温减压站等；所述实时数据库的数据包括带有流量仪表的蒸汽设备的仪表流量仪表数据，所述质量平衡方程的构建，在蒸汽设备带有流量仪表的情况下可以采用流量仪表计量数据。

根据优化模型的构建规则可以构建优化模型过程，总起来说，包括确定优化变量，构建优化目标，构建约束条件。具体如下：

(1)优化变量的确定或生成方法。所述优化变量是指参与优化的变量，包括蒸汽管网和蒸汽设备的可调节参数，对优化变量的说明可以参照关系数据库中的相关描述。

根据蒸汽设备的类型和配置的信息，把蒸汽设备分为两类：可调节蒸汽设备和不可调节蒸汽设备。可配置为可调节设备的类型包括：锅炉、放空阀、减温减压站和透平。除可调节蒸汽设备以外的其他蒸汽设备定义为不可调节蒸汽设备。根据可调节设备可确定优化变量，其对应关系如下：

如果设备状态设置中的“目标状态”为状态可变，那么可把该设备的状态设为0-1变量。0-1变量取值只能为0或者1，0代表设备不运行，1代表设备运行。0-1变量的取值由优化算法计算确定。在优化的界面设置一个选项，如果选中，在优化计算时需考虑0-1变量。如果不选，则不考虑0-1变量，在优化计算时不考虑其的运行状态的变换。

(2)生成优化模型的过程，是在生成优化变量之后，构建优化目标和约束条件，并由此得出优化模型的过程。

优化模型通常为混合整数非线性规划问题，由优化目标和优化约束条件组成。优化目标可以定义为：“燃料成本+水成本+电”，也可以细化为“燃料成本+脱盐水成本+用电成本-自发电收益”，当然也可以包括其它影响因素，比如设备启停的成本等。以“燃料成本+脱盐水成本+用电成本-自发电收益”作为优化目标对其各项进行解释如下。

a)燃料成本

根据上述配置的参数中的锅炉设备配置的煤耗表达式，根据当前的实时数据计算得到优化计算用的煤耗表达式，当然也可以是其它表示煤耗的形式，比如煤耗列表等。该表达式中可以只有一个变量——锅炉产汽量。假设锅炉的煤耗表达式为f(F_bi)，那么锅炉中的燃煤成本为：

$\underset{i}{\mathrm{\Σ}}f\left(F_{\mathrm{bi}}\right)\×P_{\mathrm{fuel}}\×T$

由于f(F_bi)为非线性表达式，所以上式为非线性表达式，从而决定了优化目标为非线性。

当然若f(F_bi)为线性表达式，则优化目标也为线性。

当然所含变量还可以有其它变量，比如燃料总量等。

b)脱盐水成本

$P_{\mathrm{wr}}\×F_{\mathrm{wr}}\×T=P_{\mathrm{wr}}\×{\mathrm{\γ}}_w\×\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{F}_{\mathrm{bi}}\×T$

脱盐水的成本与锅炉总产汽量成正比，所以脱盐水成本为线性表达式。

脱盐水成本参数和变量定义

变量符号

变量名称

说明

变量符号	变量名称	说明
			Fwr	脱盐水流量(t/h)	通过锅炉产汽量计算；
Pwr	脱盐水成本(元/吨)	来自脱盐水信息配置表格
			γw	吨汽耗水量(t/t)	手工输入

c)电的成本

$\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}(P_{\mathrm{sc}}-P_{\mathrm{sg}})\×P_{\mathrm{wgi}}\×T_i=\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\γ}}_e\×Q^{\mathrm{boiler}}-\mathrm{\Σ}{P}_i^{\mathrm{turbine}})\×P_{\mathrm{wgi}}\×T_i$

电成本参数和变量表

通过上述各函数带入优化目标，即得到该种情况下的具体优化目标。

所述约束条件包括优化变量的上下限约束、以及各级管网质量平衡方程；具体内容如下：

a)设备优化变量的上下限约束

根据上述配置的参数设定优化变量的上下限。如上述的各台锅炉的负荷上下限、透平一次抽汽量的上下限等。

[X_LB(1) X_LB(2)…X_LB(n)]≤x≤[X_UB(1) X_UB(2)…X_UB(n)]

其中X_LB(i)(i＝1，...，n)为优化变量下限，X_UB(i)(i＝1，...，n)为优化变量上限。

b)在存在透平的情况下，需要透平工况约束条件

发电透平的运行特性可以通过运行工况图描述，运行工况图描述了透平运行参数的关系。可以采用至少一组线性和/或非线性方程表述透平运行工况图，以一次抽汽的抽凝式透平为例，描述工况图的参数包括总进汽量Q、一次抽汽量Q_c和发电量G，另外定义凝汽量Q_e，透平的运行工况图可以最终用下面的方程组描述：

$\left\{\begin{array}{cc}{f}_i(Q,Q_c,Q_e,G)=0& i=1,...,m\\ g_i(Q,Q_c,Q_e,G)\≤0& i=m+1,...,n\end{array}\right.$

其中m为等式约束总数，n为等式和不等式的总数，对于工况图可用线性关系描述的情况，函数f，g为线性函数，而对于工况图为非线性的情况，函数f，g为非线性函数如二次函数。当然也可以采用其它形式表述蒸汽设备运行工况，比如区间函数等。

c)各级蒸汽管网蒸汽质量平衡方程

各级管网的质量平衡方程建立的目的是建立各级管网产耗蒸汽的平衡，保证生产所需的蒸汽量。建立质量平衡方程的原则是：1)各级管网单独建立质量平衡方程；2)在建立某一级蒸汽管网的质量平衡时，需要考虑所有该能级管网上的产耗蒸汽设备。如果该蒸汽管网中某一设备为可调节的蒸汽设备(如锅炉产汽量)，那么把该设备的蒸汽产耗量作为平衡方程优化变量；如果某一蒸汽设备是不可调节蒸汽设备(如煤化工企业的气化炉耗汽量)，那么把该设备的蒸汽产耗量当作平衡方程的常数项，如果该设备蒸汽产耗量无流量计量(如某台废热锅炉的产汽量)，可通过下述的预测模型计算得到预测结果。

蒸汽质量平衡方程需要在优化计算时根据实时数据库的数据计算各级管网的蒸汽需求量，更新质量平衡方程。

d)其他约束条件

如果对于蒸汽设备或蒸汽管网有其他约束要求，都可以把约束要求转变为约束表达式。下面举例说明：1)当某一能级的蒸汽管网上有多台锅炉，而这些锅炉分成不同的组，如果用户对每个锅炉组有负荷要求则可作为单独的约束条件；2)用户如果希望每个优化运行方案中状态发生变化的的设备总数不超过某一个量，那么可通过增加约束条件的方式实现。

在完成了优化目标和约束条件的构建之后，蒸汽系统的运行优化系统自动进行计算，生成优化模型视情况存储于关系数据库中(优化模型构建模块无存储单元)或优化模型构建模块中(优化模型构建模块有存储单元)。

(3)优化模型的更新。该更新作为设备的一个功能，由用户选择。在选择后，优化模型在如下条件下需要进行更新，即附图5b和5c中优化模型更新的条件：

a)能源参数发生变化，比如燃料价格等；

b)锅炉或透平的运行状态发生变化，实时数据库的数据，蒸汽设备状态，优化目标修改参数等发生变化时；

c)修改锅炉、透平的目标状态；

d)减温减压站、放空阀状态发生变化；

e)优化变量上下限发生变化，比如设备负荷约束发生变化；

f)触发优化计算，更新质量平衡方程常数项。

(4)生成或更新的优化模型可以以表达式的方式表示，比如最终的优化模型的表达式可以如下：

$\left\{\begin{array}{cc}\underset{X_1,X_2}{\min }& f(X,T)\\ s.t.& \mathrm{AX}\≤b\\ & A_{\mathrm{eq}}X=b_{\mathrm{eq}}\\ & C\left(X\right)\≤0\\ & \mathrm{Ceq}\left(X\right)=0\\ & X_1\∈R^n,X_2\∈{\left\{\mathrm{0,1}\right\}}^n\\ & X_{\mathrm{LB}}\≤X\≤X_{\mathrm{UB}}\end{array}\right.$

其中：

a)f(X，T)为目标函数，为光滑的凸函数，如果为线性，可用向量乘积表示F×X，其中T为优化计算周期；代表优化目标

b)C(X)为非线性不等式约束，C_eq(X)为非线性等式约束；

c)X₁为实数向量，即连续向量；X₂为0-1变量。

需要提供给优化算法的模型参数包括：

1)优化变量列表X₁和X₂；

2)优化目标函数：非线性表达式f(x)或向量F，优化计算周期T；

3)线性约束条件：A、A_eq、b、b_eq；

4)非线性约束条件：表达式C(X)、C_eq(X)；

变量上下限约束：向量LB UB；

最终的优化模型可以描述成混合整数非线性规划模型，当然也可以是其它形式。

上述说明只是作为示例对本部分内容进行解释，因此不应理解为对保护范围的限制。

优化模型计算模块可以与实时数据库、关系数据库、优化模型构建模块连接，存储优化算法，所述优化算法可以是优化函数的形式或其它形式。所述优化模型计算模块在由实时数据库的工况状态位启动运行时，读取关系数据库中的优化模型和实时数据库的数据，通过所述优化算法计算得出优化运行方案，读取关系数据库中的优化目标参数(即用于优化目标的经济指标参数)和所述优化运行方案，通过经济指标计算公式得出优化经济指标，将优化运行方案和优化经济指标存储在关系数据库和/或显示在人机接口模块，和/或读取关系数据库中的优化目标参数和实时数据库的数据，通过经济指标计算公式得出当前运行方案的经济指标，将优化运行方案和优化经济指标连同所述优化经济指标与当前运行方案的经济指标的对比结果存储在关系数据库和/或显示在人机接口模块。

在优化模型构建模块自身具有存储单元的情况下，所述优化模型计算模块也可以与实时数据库、人机接口模块和优化模型构建模块连接，存储优化算法，由实时数据库的工况状态位启动运行时或由人机接口模块直接启动时，读取优化模型构建模块中的优化模型和实时数据库的数据，通过优化算法计算得出优化运行方案，按照如上所述得出优化经济指标，并把优化运行方案和优化经济指标显示在人机接口模块和/或存储在优化模型计算模块；和/或同时按照如上所述得出当前运行方案的经济指标，将优化运行方案和优化经济指标连同优化经济指标与当前运行方案的经济指标的对比结果显示在人机接口模块和/或存储在优化模型计算模块。

所述优化模型计算模块的优化算法可以采用混合整数非线性规划方法。优化算法可以采用分枝定界和序列二次规划结合的MINLP求解方法。上述说明只是作为示例对本部分内容进行解释，不应理解为对本发明保护范围的限制。

无论是否存在关系数据库，所述人机接口模块均可以与优化模型构建模块、优化模型计算模块的至少一个连接，供用户直接查询和/或修改所述优化模型和/或所述预测模型，和/或设定优化模型构建规则，和/或启动优化模型构建模块和/或优化模型计算模块的运行。

在一些优选的实施例中，还包括历史数据库，所述历史数据库可以与人机接口模块和实时数据库连接，按照设定周期将实时数据库的数据归档为历史数据存储在历史数据库中，以便用户通过人机接口模块查询历史数据。

实施例2

在上述的蒸汽系统的运行优化系统的基础上，可以对其进行扩展，比如还可以包括蒸汽产耗量预测模块，和/或工况判断模块，和/或调度系统等，如图2b和2d所示。在这种情况下，需要对上述配置的参数补充相应的参数，比如还可以包括如下参数(与上述配置参数连续编号)：

四，蒸汽产耗量的预测模型参数：在存在蒸汽产耗量预测模块时配置。

根据生产工艺和生产数据确定蒸汽产耗量的预测模型结构以及预测模型参数，初始的预测模型参数需要人工输入。

预测模型信息表

属性名称	说明
		蒸汽设备名称
模型类型	线性模型；非线性模型
		产汽/耗汽	产汽；耗汽
线性模型参数
		非线性模型名称	如果是非线性模型，则填写函数名称

预测模型变量信息表

属性名称	说明
		蒸汽设备编号
仪表位号
		输入/输出	输入变量；输出变量

上述说明只是作为示例对本部分内容进行解释，不应理解为对保护范围的限制。

五，平稳工况判断信息配置：若存在工况判断模块，则需要配置以下参数。

配置平稳工况判断所需的参数以及判断阈值，可以如图3所示。平稳工况判断的数据可以包括：表征整个工艺流程生产负荷的工艺参数、各级蒸汽管网主要工艺单元产耗蒸汽流量和各级蒸汽管网压力等。

平稳工况判断信息表可以表示为：

属性名称	说明
		参数名称
数据长度
		判断阈值

上述说明只是作为示例对本部分内容进行解释，不应理解为对保护范围的限制。

六，异常事件信息配置：同样在存在工况判断模块的情况下，配置以下参数。

异常事件配置与判断是全工况调度的基础。

异常事件信息表可以配置如下：

属性名称	说明
		事件名称
判断参数	可以是多个参数
		判断表达式	判断参数的逻辑关系式

上述说明只是作为示例对本部分内容进行解释，不应理解为对保护范围的限制。

所述蒸汽产耗量预测模块可以与实时数据库、关系数据库连接，利用实时数据库的数据和/或关系数据库中的预测模型参数，通过预测模型预测蒸汽消耗量和/或副产蒸汽量，并将预测结果保存到关系数据库中。所述蒸汽产耗量预测模块可以预测无蒸汽流量计量的蒸汽设备的产耗量，当然也可以预测有蒸汽流量计量的蒸汽设备的产耗量。这些预测结果可以与实时数据库中的数据一起作为所述构建优化模型相关的数据用于构建或更新优化模型，具体而言是更新优化目标和约束条件，也就更新了约束条件中的质量平衡方程。因此上述的构建优化模型相关的数据还可以包括预测模型的蒸汽消耗量和/或副产蒸汽量的预测结果。

在所述蒸汽产耗量预测模块自身具有存储单元的情况下，所述蒸汽产耗量预测模块与实时数据库、优化模型构建模块、人机接口模块连接，可以存储预测模型，预测模型参数，以及生成的预测结果。而人机接口模块可以查询和/或修改其存储的上述内容。

所述预测模型可以是线性模型和非线性模型，也可以是线性模型和非线性模型的结合。线性模型可以表示为：

Y＝K₀+∑K_iX_i(i＝1，2，..，N)

其中Y为预测模型输出变量，X_i为第i个输入变量，K₀为常数项，K_i为变量系数，N为输入变量总数。输入变量根据具体的消耗蒸汽设备或副产蒸汽设备的特点选择确定。

下面给出一个非线性模型的例子，该例子根据能量守恒方程得到蒸汽预测模型。对于通过换热消耗或副产蒸汽量可通过能量平衡方程建立，即

$\mathrm{\η}(C_p^{s1}-C_p^{s0})Q_S=(C_p^{m1}-C_p^{m0})Q_m$

其中η为换热器换热效率，C_p ^S1为蒸汽换热后的比焓，C_p ^S0为蒸汽换热前的比焓，Qs为蒸汽的流量，C_p ^m1为换热介质换热后的比焓，C_p ^m0为换热介质换热前的比焓，Q_m为换热介质的流量。

那么蒸汽的消耗或副产量可表示为

$Q_S=\frac{Q_m(C_p^{m1}-C_p^{m0})}{\mathrm{\η}(C_p^{s1}-C_p^{s0})}$

式中的比焓不为常数，可以根据检测到的温度、压力参数到关系数据库中查表获得。

上述方程只是作为示例对本部分内容进行解释，不应理解为对本发明保护范围的限制。

为了预测模型预测数据更加准确，所述蒸汽产耗量预测模块还可以包括预测模型自校正模块，所述预测模型自校正模块在预测模型偏离实际值和/或计算值一定范围之外时对预测模型进行自校正，并更新所述预测模型参数。有时由于预测模型所对应的蒸汽设备无输出蒸汽流量仪表，所以无法直接使用现场的实时数据进行模型自校正。如果用户或系统根据管网平衡或其他计量方式得到蒸汽产耗量的预测模型的实际值，那么模型自校正模块可以根据蒸汽设备的输入和输出数据对蒸汽产耗量预测模型进行校正。对于线性预测模块，可采用最小二乘算法辨识模型参数，对预测模型进行自校正。自校正模块还可采用神经元网络等其他方法。

可以启动自校正模块的情况可以包括：1)抄表员对无法通过网络传输的现场仪表的数据进行记录并输入到实时数据库，以该仪表数据验证预测结果是否正确；2)专门的分析人员用各种质量平衡方程或其它计算方式，比如其它仪表数据与该管网设备之间的关系得出计算值，验证预测结果是否一致；3)通过带有仪表的实时数据验证预测结果是否一致，判断是否调用自校正模块。在将预测模型的预测数据与上述参照数据进行对比验证以后，如果需要自校正，则通过上述自校正模块计算预测模型参数，并替换原预测模型参数。

若存在工况判断模块，则所述工况判断模块与实时数据库、关系数据库、人机接口模块连接，用以自动判断工况状态，并将工况状态记录在实时数据库中的工况状态位。所述工况状态可以包括平稳工况，异常工况。所述平稳工况是指蒸汽系统中所有的管网参数和设备参数及其变化量在设定的表征平稳工况的阈值范围内。所述异常工况是指蒸汽系统中发生至少一个异常事件的工况状态。所述异常事件是指影响蒸汽系统平稳运行的事件，包括蒸汽系统参数发生异常，和/或涉及蒸汽系统多个参数的事件发生异常。涉及蒸汽系统多个参数的事件发生异常的例子如下：锅炉1产汽量A与透平1总进汽量B的逻辑关系“(A-B＞100)＝True”，则放空阀1的目标状态参数C＝1(放空)，否则，C＝0(不运行)，前述的“(A-B＞100)＝True”即为涉及多个参数的事件发生异常。异常事件通过参数的逻辑表达式或阈值范围进行判断或由人工判断；所述工况判断模块从实时数据库获取工况判断条件所需的数据，由工况判断条件(包括工况判断表达式)确定工况状态位的值，通过工况状态位的值判断是否启动运行优化模型构建模块；

当然还可以有其它判断执行构建优化模型的方式，比如所述工况状态除了包括平稳工况、异常工况之外，还可以包括过渡工况；所述过渡工况是指蒸汽系统由异常工况经调度后达到完全平稳前的趋于稳定的工况状态。当实时数据库中的工况状态位从过渡工况转变为平稳工况时，优化模型构建模块运行，在这种情况下可以得到更精确的优化模型。

对于异常工况判断的说明如下：

根据配置的参数中的异常事件信息进行异常工况判断。通常异常事件是以相关参数的逻辑关系式表达的。任意一个异常事件发生后(即满足相应的逻辑关系式)，工况状态位都设定为表征异常工况的值。假设在某异常事件X的判断相关参数包括A、B和C三个，判断表达式为“A＞K_A或B＞K_B或C＜K_C”，其中K_A、K_B和K_C为常数。如果判断表达式中任意一项成立，比如A＞K_A，则判断表达式相关的逻辑关系式为真：“(A＞K_A或B＞K_B或C＜K_C)＝True”，那么判断异常事件X发生，工况状态位设定为异常工况。上述的工况判断方式只是对实施例的解释，也可以通过其它方式进行工况判断，比如分别设定平稳工况位、异常工况位和过渡工况位，利用逻辑关系和/或参数阈值的不同组合对平稳工况、异常工况和过渡工况进行判断，将结果记录于上述平稳工况位、异常工况位和过渡工况位。因此上述对工况判断的描述不应理解为对权利要求保护范围的限制。

所述优化模型构建模块可以根据实时数据库中的工况状态位判断是否启动运行。所述人机接口模块还包括查看和/或设定工况判断条件。所述关系数据库存储工况判断条件。所述工况判断条件可以是工况判断表达式或表征平稳工况的参数阈值范围等。

在所述工况判断模块自身具有存储单元的情况下，所述工况判断模块与实时数据库、人机接口模块连接，用以存储工况判断条件、自动判断工况状态，并将工况状态记录在实时数据库中的工况状态位。所述优化模型构建模块此时可以根据实时数据库中的工况状态位判断是否启动运行；所述人机接口模块还包括查看和/或设定工况判断条件。

在存在工况判断模块的情况下，所述蒸汽系统的运行优化系统还可以与调度系统连接，所述调度系统与工况判断模块连接，在所述工况状态位表征为异常工况时对蒸汽系统进行调度或给出调度方案，并在调度完成后向工况判断模块反馈调度信息，该反馈调度信息可以是对工况状态位的设定。所述调度信息包括表征调度完成的信息，比如可以是将工况状态位设置为“平稳工况”。

人机接口模块与其它各模块，比如与历史数据库、蒸汽产耗量预测模块、优化模型构建模块的至少一个连接，如图2b和图2d所示(未示出历史数据库)，用以查询和/或修改构建优化模型相关的数据(根据情况可以包括实时数据和/或历史数据)和/或模型，和/或发出相应指令，和/或设定优化模型构建规则。

与上述的蒸汽系统的运行优化系统相对应的一种蒸汽系统的运行优化方法，可以根据实际情况分为包括构建优化模型步骤的优化方法和包括更新优化模型步骤的优化方法，具体包括如下步骤：

1，包括构建优化模型的优化方法：

1)设定优化算法；配置构建优化模型相关的参数：所述构建优化模型相关的参数包括蒸汽系统的管网参数和设备参数，能源信息；

2)读取工况状态位，并判断是否进行优化计算，若不满足优化计算条件则继续读取工况状态位；若满足优化计算条件，则向下进行；当然用户也可以通过人机接口模块或人机界面等人机交互方式直接发出构建优化模型的指令，但是由用户直接启动而不设置工况状态位的方式不适合于下面将描述的将工况判断结果作为是否执行优化计算的判断依据的情况。

3)记录蒸汽系统当前的实时数据；用于进行经济指标计算时使用实时数据。

4)读取构建优化模型相关的参数和/或构建优化模型相关的数据生成优化变量、构建优化目标、构建约束条件，构建得到优化模型，所述构建优化模型相关的数据包括实时数据；所述优化变量包括蒸汽管网和蒸汽设备的可调节参数；所述优化变量可以包括连续变量和0-1变量或其它变量，当然还可以包括其它参数，如流量、负荷等；所述连续变量可以是可调节设备的调节参数，所述0-1变量可以是运行状态可变的设备的运行状态；所述约束条件还可以包括蒸汽设备工况描述函数。可调节设备是指可以被调节的蒸汽设备，比如很多辅助类蒸汽设备是可调节的，而生产类蒸汽设备由于其涉及工业生产，往往是不可调节的设备；所述优化目标是指所要优化的指标函数，所述指标函数中的变量选自优化变量；所述优化目标包括燃耗设备的燃料消耗成本、用水成本、电成本，及其各自的经济指标计算公式；所述经济指标计算公式用于计算经济指标；所述约束条件是由优化变量所构成的线性或/和非线性的等式或/和不等式构成，包括优化变量的上下限约束和各级管网的质量平衡方程；所述燃耗设备可以包括锅炉，当然也可以包括其它燃耗设备如透平等。

5)读取实时数据和优化模型执行优化算法，计算优化运行方案

6)根据优化目标参数和优化运行方案通过经济指标计算公式计算优化经济指标；所述优化目标参数为用于优化目标的经济指标参数；

7)输出优化运行方案和优化经济指标；所述优化运行方案包括蒸汽系统各级管网及设备的优化运行参数。

优选地，在步骤6)之后还可以包括步骤6a)：根据优化目标参数和实时数据，通过经济指标计算公式得出当前运行方案的经济指标。在步骤7)后还可以包括步骤7a)：输出所述优化经济指标与当前运行方案经济指标的对比结果。这样就可以将优化后的运行方案与当前运行方案进行对比，从而知道可能节省的能源。

需要说明的是，在用于一个新的蒸汽系统时，需先运行一次包含构建优化模型的优化方法，此时不需更新优化模型。

2，用户在需要更新所构建的优化模型的情况下，如果选择包括更新优化模型的优化方法，则进行如下步骤：

1)设定优化算法；配置构建优化模型相关的参数：所述构建优化模型相关的参数包括蒸汽系统的管网参数和设备参数，能源信息；

1a)：读取构建优化模型相关的参数和/或构建优化模型相关的数据生成优化变量、构建优化目标、构建约束条件，构建得到优化模型；所述构建优化模型相关的数据包括实时数据；所述优化变量包括蒸汽管网和蒸汽设备的可调节参数；所述优化变量或可调节参数可以包括连续变量和0-1变量或其它变量，当然还可以包括其它参数，如流量、负荷等；所述连续变量可以是可调节设备的调节参数，可调节设备是指可以被调节的蒸汽设备，比如很多辅助类蒸汽设备是可调节的，生产类蒸汽设备由于其涉及工业生产，往往是不可调节的设备；所述0-1变量可以是运行状态可变的设备的运行状态；所述约束条件还可以包括蒸汽设备工况描述函数。可调节设备是指可以被调节的蒸汽设备，比如很多辅助类蒸汽设备是可调节的，而生产类蒸汽设备由于其涉及工业生产，往往是不可调节的设备。所述优化目标是指所要优化的指标函数，所述指标函数中的变量选自优化变量；所述优化目标包括燃耗设备的燃料消耗成本、用水成本、电成本，及其各自的经济指标计算公式；所述经济指标计算公式用于计算经济指标。所述约束条件是由优化变量所构成的线性或/和非线性的等式或/和不等式构成，包括优化变量的上下限约束和各级管网的质量平衡方程；

1b)根据实时的蒸汽设备状态数据和构建优化模型相关的参数实时更新优化模型，所述实时更新优化模型包括更新优化变量，优化目标，以及不包含质量平衡方程常数项的约束条件。即通过对实时的蒸汽设备状态数据和构建优化模型相关的参数的监控，判断是否更新优化模型。上述参数一旦发生变化，就更新优化变量、优化目标和除质量平衡常数项外的约束条件，从而了更新优化模型。质量平衡方程属于约束条件，在此步骤中只更新其中的优化变量而不更新质量平衡方程的常数项，这是因为此时的实时数据随时在变，由此得出的质量平衡方程常数项毫无意义。

2)读取工况状态位，并判断是否进行优化计算，若不满足优化计算条件则继续读取工况状态位；若满足优化计算条件，则向下进行。与上述包括构建优化模型过程类似的，当然也可以由用户通过人机接口模块或人机界面等人机交互方式直接发出构建优化模型的指令，但是由用户直接启动而不设置工况状态位的方式也不适合于下面将描述的将工况判断结果作为是否执行优化计算的判断依据的情况。

3)记录蒸汽系统当前的实时数据。除了上述的在进行经济指标计算时使用实时数据，还用于在更新质量平衡方程时使用实时数据。

4)读取构建优化模型相关的参数和/或构建优化模型相关的数据更新优化模型中的质量平衡方程。此处的更新优化模型中的质量平衡方程是指更新质量平衡方程的常数项。

5)读取实时数据和优化模型执行优化算法，计算优化运行方案

6)根据优化目标参数和优化运行方案通过经济指标计算公式计算优化经济指标；所述优化目标参数为用于优化目标的经济指标参数；

7)输出优化运行方案和优化经济指标；所述优化运行方案包括蒸汽系统各级管网及设备的优化运行参数。

优选地，在步骤6)之后还可以包括步骤6a)：根据优化目标参数和实时数据，通过经济指标计算公式得出当前运行方案的经济指标。在步骤7)后还可以包括步骤7a)：输出所述优化经济指标与当前运行方案经济指标的对比结果。这样就可以将优化后的运行方案与当前运行方案进行对比，从而知道可能节省的能源。

在具有工况判断模块的情况下，需要有工况状态位，用于放置工况判断结果，并以此作为是否进行优化计算的依据。具体还包括如下步骤：

在步骤1)中还包括：预设工况状态位为表征平稳工况的值；设定蒸汽系统的实际工况状态的判断条件；

所述步骤2)之前还包括如下步骤：

步骤1c)：判断所有蒸汽管网和蒸汽设备是否发生异常工况；所述异常工况是指蒸汽系统中发生至少一个异常事件的工况状态；所述异常事件是指影响蒸汽系统平稳运行的事件，包括蒸汽系统参数发生异常，涉及蒸汽系统多个参数的事件发生异常，当然还包括其它各类影响蒸汽系统平稳运行的事件；该事件可以通过参数的逻辑表达式进行判断或由人工判断；当发生至少一个异常事件时，将工况状态位设定为表征异常工况的值，并提示调度人员和/或调度系统发生异常工况，由调度人员和/或调度系统进行调度，或由调度系统提供调度方案辅助调度人员进行调度，并返回步骤1c)；在调度完成后调度人员和/或调度系统将工况状态位设定为表征非异常工况的值，向下进行；若所有蒸汽管网和蒸汽设备均未发生异常工况，向下进行。当然也可以以动态工况状态位来表征，比如工况状态还可以包括过渡工况和平稳工况，所述平稳工况是指蒸汽系统中所有的管网参数和设备参数及其变化量在设定的表征平稳工况的阈值范围内，蒸汽系统中所有的管网参数和设备参数及其变化量也应在该多个参数的相互关系的范围内工况状态位；所述过渡工况是指蒸汽系统由异常工况经调度后达到完全平稳前的趋于稳定的工况状态；只在从过渡工况到平稳工况发生变化时向下进行，实际上此时是通过判断两侧检测的工况状态位是否分别为过渡工况和平稳工况的两个值进行判断的，而非上述的一个值。这种判断方式能够保证蒸汽系统已经完全平稳后才进行后续的构建优化模型的步骤，从而保证了所构建的优化模型的准确性。本领域技术人员很容易能够通过上述实施例想到类似的判断方式，因此不脱离本发明思想的工况判断方式应在本发明的保护范围之内。

在包括蒸汽产耗量的预测模型的情况下，步骤1)还包括：设定预测模型；在步骤2)之前还包括步骤1d)：调用所述预测模型用以预测蒸汽消耗量和/或副产蒸汽量；在步骤4)中的构建优化模型相关的数据还包括预测模型得出的蒸汽消耗量和/或副产蒸汽量的预测结果。

为了得到更精确的蒸汽产耗量的预测模型，还包括：在步骤1)还可以包括：设定预测模型自校正机制；在步骤1d)之后还有步骤1e)：判断是否需要对预测模型进行自校正；所述预测模型自校正模块在预测模型偏离实际值和/或计算值一定范围之外时对预测模型进行自校正，并更新预测模型参数；若需要自校正，则通过预测模型自校正机制对预测模型进行自校正，并将自校正后的预测模型参数替换原来的预测模型参数。

图5a为具有预测模型的包含构建优化模型的流程图。图5b为具有预测模型的包含更新优化模型的流程图。图5c为具有工况判断模块和预测模型的包含更新优化模型的流程图，其中的工况状态位设为具有平稳工况和异常工况二种状态。由于实际生产中总有些设备是没有仪表提供数据的，而这些设备的数据如果又是构建优化模型或进行优化计算所必需的，那么就可以用预测模型对这些设备的数据进行预测。因此在实际生产中，预测模型是必要的。当然这不妨碍在一个理想或小型蒸汽系统中，所有设备都配有仪表的情况下，可以不使用预测模型。因此是否使用预测模型均在本发明的保护范围中。

实施例3

图4所示为一个具体例子的蒸汽系统。由图4选择下列优化变量并填写其信息。

参数列表(略去了管网配置部分)

优化目标的表达方式如下所示：

$f=p_{\mathrm{coal}}(g_A\left(X_{\mathrm{Aboiler}}\right)+g_B\left(X_{\mathrm{Bboiler}}\right))+(p_{\mathrm{water}}+p_e)(X_{\mathrm{Aboiler}}+X_{\mathrm{Bboiler}})-X_{1\mathrm{boiler}}^e-X_{2\mathrm{boiler}}^e+(1-S_{\mathrm{pump}})P_{\mathrm{pump}}$

其中g_A(X_Aboiler)和g_B(X_Bboiler)分别为A、B锅炉的燃料消耗量，是根据负荷效率模型计算得到的；P_coal为燃料的成本，P_water为配置的生产蒸汽的水成本，P_e为生产蒸汽的电成本，以上三个参数均为通过人机接口模块配置的能量参数，是构建优化模型所用到的参数。

约束条件：

下述为上下限约束：

下述为透平工况约束

$X_{1\mathrm{turbine}}^{\mathrm{in}}=X_{1\mathrm{turbine}}^{\mathrm{ex}}+X_{1\mathrm{turbine}}^{\mathrm{con}}$

$X_{1\mathrm{turbine}}^e=a_{10}{X}_{1\mathrm{turbine}}^{\mathrm{in}}+a_{11}{X}_{1\mathrm{turbine}}^{\mathrm{ex}}$

$X_{1\mathrm{turbine}}^e=a_{10}{X}_{1\mathrm{turbine}}^{\mathrm{in}}+a_{11}{X}_{1\mathrm{turbine}}^{\mathrm{ex}}$

$X_{1\mathrm{turbine}}^{\mathrm{in}}\≥a_{20}+a_{21}{X}_{1\mathrm{turbine}}^e$

$X_{1\mathrm{turbine}}^{\mathrm{in}}\≤a_{30}+a_{21}{X}_{1\mathrm{turbine}}^e$

$X_{1\mathrm{turbine}}^{\mathrm{in}}\≥a_{40}+a_{41}{X}_{1\mathrm{turbine}}^e$

2#透平的约束方程与1#透平约束方程形式一样，只是参数不同而已。上述透平工况描述表达式为蒸汽设备工况描述函数的具体实现形式。

下述三式为质量平衡方程的约束

高压管网

$X_{\mathrm{Aboiler}}+X_{\mathrm{Bboiler}}=X_{1\mathrm{turbine}}^{\mathrm{in}}+X_{1\mathrm{pt}}^{\mathrm{SH}}+C_1$

中压管网

$X_{1\mathrm{turbine}}^{\mathrm{ex}}+X_{1\mathrm{pt}}^{\mathrm{SM}}+C_3=S_{\mathrm{pump}}{C}_{\mathrm{pump}}+X_{2\mathrm{pt}}^{\mathrm{SM}}+X_{2\mathrm{turbine}}^{\mathrm{in}}+C_2+X_{\mathrm{vent}}^{\mathrm{SM}}$

低压管网

$X_{2\mathrm{turbine}}^{\mathrm{ex}}+X_{2\mathrm{pt}}^{\mathrm{SL}}+C_5=C_4+X_{\mathrm{vent}}^{\mathrm{SL}}$

其中C₁和C₂-C₃和C₄-C₅为所述的质量平衡方程常数项。

下述其他约束

减温减压站：

$X_{2\mathrm{pt}}^{\mathrm{SM}}=a_{50}{X}_{2\mathrm{pt}}^{\mathrm{SL}}$

$X_{1\mathrm{pt}}^{\mathrm{SH}}=a_{60}{X}_{1\mathrm{pt}}^{\mathrm{SM}}$

以上表达式中a_ij均为常数。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明专利的保护范国当中。

Claims (10)

1.一种蒸汽系统的运行优化系统，包括实时数据库，关系数据库，优化模型构建模块，优化模型计算模块，人机接口模块，各部分功能如下：

人机接口模块与实时数据库、关系数据库连接，用以查看实时数据库的实时数据，设定实时数据库的工况状态位，由所述工况状态位启动优化模型构建模块和/或优化模型计算模块运行；向关系数据库配置和/或修改参数，显示关系数据库中的优化运行方案和/或优化经济指标；

优化模型构建模块与实时数据库、关系数据库和优化模型计算模块连接；所述优化模型构建模块在运行时，读取构建优化模型相关的数据和关系数据库中的构建优化模型相关的参数，根据关系数据库中的优化模型的构建规则构建或更新优化模型，并将所述优化模型存储到关系数据库；所述构建优化模型相关的数据包括实时数据库的数据；所述构建规则包括生成优化变量、构建优化目标和约束条件，所述优化变量包括蒸汽管网和蒸汽设备的可调节参数；所述优化目标是指所要优化的指标函数，所述指标函数中的变量选自优化变量；所述优化目标包括燃耗设备的燃料消耗成本、用水成本、电成本，及其各自的经济指标计算公式；所述经济指标计算公式用于计算经济指标；所述约束条件是蒸汽管网和蒸汽设备参数或/和工况的约束条件，包括进行负荷调节的设备的负荷上下限约束、以及各级管网质量平衡方程；所述约束条件是由优化变量所构成的线性或/和非线性的等式或/和不等式构成，

优化模型计算模块与实时数据库、关系数据库、优化模型构建模块连接，存储优化算法，由实时数据库的工况状态位启动运行时，读取关系数据库中的优化模型和实时数据库的数据，通过所述优化算法计算得出优化运行方案，并且读取关系数据库中的优化目标参数和所述优化运行方案，通过经济指标计算公式得出优化经济指标，将优化运行方案和优化经济指标存储在关系数据库和/或显示在人机接口模块；和/或读取关系数据库中的优化目标参数和实时数据库的数据，通过经济指标计算公式得出当前运行方案的经济指标，将优化运行方案和优化经济指标连同所述优化经济指标与当前运行方案的经济指标的对比结果存储在关系数据库和/或显示在人机接口模块；所述优化目标参数为用于优化目标的经济指标参数；

实时数据库与人机接口模块、优化模型构建模块、优化模型计算模块和蒸汽系统实际生产数据相连接，实时数据库的数据包括蒸汽系统的实际生产数据、以及工况状态位；根据上述各模块的要求提供数据；所述实时数据库的数据包括带有蒸汽流量仪表的蒸汽设备的仪表流量数据；

关系数据库与人机接口模块、优化模型构建模块、优化模型计算模块连接，存储的参数包括：通过人机接口模块配置和/或修改的参数、优化模型的构建规则、计算得到的优化运行方案和优化经济指标；所述通过人机接口模块配置和/或修改的参数包括所述的构建优化模型相关的参数；所述构建优化模型相关的参数包括蒸汽系统的管网参数和设备参数、能源信息。

2.根据权利要求1所述的蒸汽系统的运行优化系统，其特征在于，所述用水包括脱盐水，所述用水成本包括所述用水的成本、处理所述用水达到使用标准的成本；所述电成本包括外购电成本与自发电收益之差，或外购电成本，或自发电收益。

3.根据权利要求1或2所述的蒸汽系统的运行优化系统，其特征在于，所述优化模型是混合整数非线性规划模型；和/或所述优化算法采用混合整数非线性规划方法；和/或所述优化变量包括连续变量和0-1变量；所述连续变量是可调节设备的调节参数，和/或所述0-1变量是运行状态可变的设备的运行状态；和/或所述约束条件还包括蒸汽设备工况描述函数，所述蒸汽设备工况描述函数包括采用至少一组线性和/或非线性方程表述的透平运行工况，通过负荷效率模型描述锅炉的负荷与效率之间的关系。

4.根据权利要求1至3之一所述的蒸汽系统的运行优化系统，其特征在于，还包括工况判断模块，所述工况判断模块与实时数据库、关系数据库、人机接口模块连接，用以自动判断工况状态，并将工况状态记录在实时数据库中的工况状态位；所述优化模型构建模块和优化模型计算模块根据实时数据库中的工况状态位判断是否启动运行；所述人机接口模块还包括查看和/或设定工况判断条件；所述关系数据库存储工况判断条件；

和/或还包括调度系统，所述调度系统与工况判断模块连接，在所述工况状态位表征为异常工况时对蒸汽系统进行调度或给出调度方案，并在调度完成后向工况判断模块反馈调度信息所述调度信息包括表征调度完成的信息；所述异常工况是指蒸汽系统中发生至少一个异常事件的工况状态；所述异常事件是指影响蒸汽系统平稳运行的事件；

和/或还包括蒸汽产耗量预测模块，所述蒸汽产耗量预测模块与实时数据库、关系数据库连接，利用实时数据库的数据和/或关系数据库中的预测模型参数，通过预测模型预测蒸汽消耗量和/或副产蒸汽量，并将预测结果保存到关系数据库中；用于构建或更新优化模型的所述构建优化模型相关的数据还包括预测模型的蒸汽消耗量和/或副产蒸汽量的预测结果；如果工艺设备通过蒸汽换热方式消耗或副产蒸汽，则通过热量平衡方法建立所述预测模型；如果蒸汽作为工艺设备的生产原料，那么可以根据生产机理建立所述预测模型；和/或对于生产负荷同时调整的多个工艺设备看作一个工艺单元组合，只建立一个所述预测模型；和/或所述蒸汽产耗量预测模型还包括预测模型自校正模块，所述预测模型自校正模块在预测模型偏离实际值和/或计算值一定范围之外时对预测模型进行自校正，并更新所述预测模型参数。

5.根据权利要求4所述的蒸汽系统的运行优化系统，其特征在于，所述人机接口模块还与蒸汽产耗量预测模块、优化模型构建模块、优化模型计算模块的至少一个连接，查询和/或修改所述优化模型和/或所述预测模型，和/或设定优化模型构建规则，和/或启动优化模型构建模块和/或优化模型计算模块的运行。

6.根据权利要求1至5之一所述的蒸汽系统的运行优化系统，其特征在于，还包括历史数据库，所述历史数据库与人机接口模块和实时数据库连接，按照设定周期将实时数据库的数据存储在历史数据库中，以便人机接口模块查询历史数据。

7.一种蒸汽系统的运行优化方法，包括如下步骤：

1)设定优化算法；配置构建优化模型相关的参数：所述构建优化模型相关的参数包括蒸汽系统的管网参数和设备参数，能源信息；

2)读取工况状态位，并判断是否进行优化计算，若不满足优化计算条件则继续读取工况状态位；若满足优化计算条件，则向下进行；

3)记录蒸汽系统当前的实时数据；

4)读取构建优化模型相关的参数和/或构建优化模型相关的数据生成优化变量、构建优化目标、构建约束条件，构建得到优化模型，所述构建优化模型相关的数据包括实时数据；所述优化变量包括蒸汽管网和蒸汽设备的可调节参数；所述优化目标是指所要优化的指标函数，所述指标函数中的变量选自优化变量；所述优化目标包括燃耗设备的燃料消耗成本、用水成本、电成本，及其各自的经济指标计算公式；所述经济指标计算公式用于计算经济指标；所述约束条件是由优化变量所构成的线性或/和非线性的等式或/和不等式构成，包括优化变量的上下限约束和各级管网的质量平衡方程；

5)读取实时数据和优化模型执行优化算法，计算优化运行方案

6)根据优化目标参数和优化运行方案通过经济指标计算公式计算优化经济指标；所述优化目标参数为用于优化目标的经济指标参数；

7)输出优化运行方案和优化经济指标；所述优化运行方案包括蒸汽系统各级管网及设备的优化运行参数。

8.根据权利要求7所述的蒸汽系统的运行优化方法，其特征在于，

在步骤6)之后还包括步骤6a)：根据优化目标参数和实时数据，通过经济指标计算公式得出当前运行方案的经济指标；

在步骤7)后还包括步骤7a)：输出所述优化经济指标与当前运行方案经济指标的对比结果。

9.根据权利要求7或8所述的蒸汽系统的运行优化方法，其特征在于，在选择同步更新优化模型的情况下，所述步骤1)之后还包括步骤1a)和1b)：

1a)读取构建优化模型相关的参数和/或构建优化模型相关的数据生成优化变量、构建优化目标、构建约束条件，构建得到优化模型；所述构建优化模型相关的数据包括实时数据；所述优化变量包括蒸汽管网和蒸汽设备的可调节参数；所述优化目标是指所要优化的指标函数，所述指标函数中的变量选自优化变量；所述优化目标包括燃耗设备的燃料消耗成本、用水成本、电成本，及其各自的经济指标计算公式；所述经济指标计算公式用于计算经济指标；所述约束条件是由优化变量所构成的线性或/和非线性的等式或/和不等式构成，包括优化变量的上下限约束和各级管网的质量平衡方程；

1b)根据实时的蒸汽设备状态数据和构建优化模型相关的参数实时更新优化模型，所述实时更新优化模型包括更新优化变量，优化目标，以及不包含质量平衡方程常数项的约束条件；

步骤4)替换为：读取构建优化模型相关的参数和/或构建优化模型相关的数据更新优化模型中的质量平衡方程。

10.根据权利要求20至22之一所述的蒸汽系统的运行优化方法，其特征在于，步骤2)替换为：等待用户的优化计算指令，接收到优化计算指令后，向下进行；

或在步骤1)中还包括：预设工况状态位为表征平稳工况的值；设定蒸汽系统的实际工况状态的判断条件；所述步骤2)之前还包括如下步骤：步骤1c)：判断所有蒸汽管网和蒸汽设备是否发生异常工况；所述异常工况是指蒸汽系统中发生至少一个异常事件的工况状态；所述异常事件是指影响蒸汽系统平稳运行的事件；当发生至少一个异常事件时，将工况状态位设定为表征异常工况的值，并提示调度人员和/或调度系统发生异常工况，由调度人员和/或调度系统进行调度，或由调度系统提供调度方案辅助调度人员进行调度，并返回步骤1c)；在调度完成后调度人员和/或调度系统将工况状态位设定为表征非异常工况的值，向下进行；若所有蒸汽管网和蒸汽设备均未发生异常工况，向下进行。

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