CN103617487A - 一种基于设备工况组合的能源调度系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种基于设备工况组合的能源调度系统和方法，属于工业信息化领域。能源调度系统包括：设备工况类型定义模块、工况能源介质特性管理模块、工况组合工具模块、能源介质平衡模块、经济性评价模块、调度方案保存与回放模块等六个模块。步骤包括，在设备工况类型定义模块定义设备工况类型；在工况能源介质特性管理模块，定义设备在某工况下发生、消耗能源介质的种类以及数量随时间的变化规律；在工况组合工具模块定义一段时间内设备的工况组合；根据工况组合自动生成能源介质的平衡图表，并判断每种能源介质是否平衡，提示不平衡的能源介质等。优点在于，将复杂的能源调度问题转化为设备的工况组合问题，易于交互，便于调度人员积累最佳调度实践，提高调度人员水平，降低企业能源成本。

Description

一种基于设备工况组合的能源调度系统和方法

技术领域

本发明属于工业信息化领域，特别是涉及一种基于生产线上多台设备工况组合的能源调度系统和方法。

背景技术

在我国，工业企业消耗了超过三分之二的能源，是节能减排工作的重点。在工业企业生产中，各种原材料在能源的作用下，通过生产线上的设备完成物理、化学性质转变而最终成为产品。工业企业能源系统的运行规律与设备、原材料和产品种类等密切相关，是各种工况下设备产、用能规律的叠加。这里的工况指设备一段时间内的一种工作状态，例如运行、故障、停机等，不同工况下的产、用能规律不同。工业企业能源调度人员的职责是，在满足生产需要的前提下使能源使用成本尽可能低，这就要求调度人员制定能源调配方案以适应各种工况变化，能源调配方案既要满足生产要求又要经济可行。对于工业用电，尖峰时段电价往往是谷时段电价的两倍以上，如果再考虑最大需量因素，能源调配方案不当往往会增加企业的用能成本。对于企业自产的能源介质（例如煤气、氧气），多台机组同时、集中使用会造成煤气柜位或管网压力迅速下降，不仅影响使用还会影响系统安全。

假设设备数量为N台，设备工况类型为S种，能源介质种类为M种，则能源调度问题的组合空间∑=N×S×M。企业规模、产品类型增加到一定程度后，调度人员就无法针对多种复杂工况组合做出调度方案，也谈不上对方案的经济性进行评价。目前的现状是，每年或每月，企业根据生产订单安排生产计划和设备检修计划，能源计划是根据产量和单位产量能耗进行较粗的平衡分配；在每日生产排程中，只是提出能源需求，较少考虑对能源系统的冲击（例如集中用能、高峰期用电等）；实际生产过程中，能源调度的精力主要放在处理各种异常工况以满足生产上，能源供应模式为粗线条的敞口供应，造成能源成本偏高、生产不稳定。

与调度有关的研究多集中在生产调度方面。例如，中国专利局2008年11月12日公开的合肥工业大学申请的专利《基于实时工况的变权式随机调度方法》（CN101303597）是针对生产调度不确定问题影响下的重调度问题，2006年5月24日公开的上海宝信软件股份有限公司申请的专利《炼钢连铸生产工艺中的出钢计划排程方法》（CN1775416）是针对间歇炼钢适应连续铸钢的生产排程问题。也有针对单一设备的能源调度，如2011年4月20日公布的上海宝信软件股份有限公司申请的专利《基于热平衡的热轧加热炉能源调度方法》（CN102021312）。另有一些利用数学规划方法将调度问题归结为最优化问题的研究，因其只适用于某些特定工况组合，且与调度人员的可交互性差，不能解决本发明所针对的技术问题。

可见，工业企业能源系统的运行规律是各种工况下设备产、用能规律的叠加；工业企业目前的能源计划和调度仍是以满足生产需要为主的敞口供应模式，能源成本偏高、系统不稳定；有关调度的研究主要集中在生产排程方面，调度算法多为数学规划方法，不能解决多种复杂工况组合下的能源精细化调度问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于设备工况组合的能源调度系统和方法，解决多种复杂工况组合下的能源精细化调度问题，提供易于交互的能源调度系统，从而帮助能源调度人员提高调度水平和反应速度，降低能源成本，提高生产稳定性。

本发明用工况来表达设备的状态，并记录该工况下能源介质消耗或发生的数据，提供可移动甘特图工具定义一段时间内各种设备的工况组合，自动生成该段时间内能源介质的平衡情况，并根据能源介质的峰平谷价格对方案进行经济性评价，提供工具对满意的方案进行保存和回放。

本发明的能源调度系统包括：设备工况类型定义模块、工况能源介质特性管理模块、工况组合工具模块、能源介质平衡模块、经济性评价模块、调度方案保存与回放模块等六个模块,六个模块均运行在调度计算机上，模块涉及的工况类型数据、工况能源介质特性数据、调度方案数据等均保存在关系数据库软件中，所说的关系数据库软件运行在服务器上，调度计算机与服务器之间通过局域网连接。各模块的功能如下：

设备工况类型定义模块，根据设备类型、规格，以及原材料、产成品的类型、规格不同，定义各种工况，典型的工况如：运行、故障、停机、升温、保温、降温等，每种工况由一个名称作为助记符，包含工况持续时间等信息，设备的工况类型可以由调度人员根据实践经验逐渐丰富；

工况能源介质特性管理模块，定义设备在某工况下发生、消耗能源介质的种类以及数量随时间的变化规律，可以用典型样本数据或数量-时间函数关系式来表征这一规律，对已发生的工况，可以直接从历史数据中抽取该工况时间范围内的能源介质数据作为样本；

工况组合工具模块，提供可移动甘特图工具，甘特图的横坐标轴为时间、纵坐标轴为设备，甘特图上每个图块表示设备的一种工况，图块宽度表示工况的持续时间，不同类型的工况通过图块上的颜色和文本进行区分，可以横向拖动图块改变其开始、结束时间，可以从生产排程计划中提取生产设备的工况组合，或者直接从设备工况类型定义模块1中选择设备工况进行组合，调度方案一般表现为对能源设备工况的设定和对生产设备工况时间起点的调整；

能源介质平衡模块，伴随工况组合工具模块3的工况组合定义，能源介质的平衡情况以图表的形式自动产生，包括设备名称、各时刻能源介质的发生或消耗速率、各时刻该能源介质的总不平衡量（总消耗量减去总发生量）累计值，能源介质的数据来自工况能源介质特性管理模块2，如果该能源介质是自产自用的，那么当总不平衡量超过能源介质容器的吞吐能力时提示平衡方案不可行；

（5）、经济性评价模块，当能源介质平衡模块4中没有不可行的能源介质时，可以作为能源调度方案进行经济性评价，本模块根据预先设定的分时段电价和其他介质的价格计算总能耗成本，并比较多种调度方案的成本情况，指导调度方案的选择；

（6）、调度方案保存与回放模块，通过设备工况类型定义模块1、工况能源介质特性管理模块2、工况组合工具模块3、能源介质平衡模块4制定的调度方案可以保存下来，待再次出现相同或类似场景时回放使用，以便调度人员不断积累最佳调度实践，提高调度水平和反应速度。

本发明进行能源调度的步骤如下：

第一步，在设备工况类型定义模块定义设备工况类型；

第二步，在工况能源介质特性管理模块，定义设备在某工况下发生、消耗能源介质的种类以及数量随时间的变化规律；

第三步，在工况组合工具模块定义一段时间内设备的工况组合；

第四步，系统根据第三步的工况组合自动生成能源介质的平衡图表，并判断每种能源介质是否平衡，提示不平衡的能源介质；

第五步，如果第四步所有能源介质均平衡，则计算调度方案的能源成本，比较多种调度方案的成本；

第六步，对满意的调度方案进行使用和保存。其中，第一步、第二步、第六步可以省略。

本发明将复杂的能源调度问题转化为设备的工况组合问题，提供了易用的工况组合工具、能源介质自动平衡模块、经济性评价模块；将调度人员从微观能源数据中解放出来，不断积累各种工况场景下的最佳调度实践，提高调度人员水平和反应速度；同时，将调度人员的工作从事故应急式调度转变为成本优化式调度，降低企业能源成本，提高生产稳定性。

优点在于，将复杂的能源调度问题转化为设备的工况组合问题，易于交互，便于调度人员积累最佳调度实践，提高调度人员水平，降低企业能源成本。

附图说明

图1为一种基于设备工况组合的能源调度系统结构图。其中，设备工况类型

定义模块1、工况能源介质特性管理模块2、工况组合工具模块3、能源介质

平衡模块4、经济性评价模块5、调度方案保存与回放模块6。

图2为工况组合工具示意图。

图3为一种基于设备工况组合的能源调度方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种基于设备工况组合的能源调度系统和方法的技术方案是，包括设备工况类型定义模块1、工况能源介质特性管理模块2、工况组合工具模块3、能源介质平衡模块4、经济性评价模块5、调度方案保存与回放模块6等六个模块，模块之间的关系：设备工况类型定义模块1分别输出设备工况给工况能源介质特性管理模块2、工况组合工具模块3；工况能源介质特性管理模块2可以利用生产排程信息作为输入，输出工况组合给能源介质平衡模块4；工况组合工具模块3输出工况能源介质特性给能源介质平衡模块4；能源介质平衡模块4中所有介质平衡后输出调度方案给经济性评价模块5；经济性评价模块5利用能源介质的分时价格信息，将成本最优的调度方案输出给调度方案保存与回放模块6进行保存。

如图2所示，本发明的工况组合工具采用可移动的甘特图，甘特图的横坐标轴为时间、纵坐标轴为设备，甘特图上每个图块表示设备的一种工况，图块宽度表示工况的持续时间，不同类型的工况通过图块上的颜色和文本进行区分，可以横向拖动图块改变其开始、结束时间。

如图3所示，实施本发明的步骤包括：第一步，在设备工况类型定义模块，根据设备类型、规格，以及原材料、产成品的类型、规格不同，定义各种工况以覆盖设备的所有状态；第二步，在工况能源介质特性管理模块，定义设备在某工况下发生、消耗能源介质的种类以及数量随时间的变化规律；第三步，在工况组合工具模块，利用如图2的甘特图定义设备的工况组合，可以从生产排程计划中导入生产设备的工况组合，或者直接从设备工况类型定义模块中选择设备工况进行组合；第四步，系统根据第三步的工况组合自动生成能源介质的平衡图表，并判断每种能源介质是否平衡，提示不平衡的介质；第五步，如果第四步所有能源介质均平衡，则利用能源介质的分时段价格信息计算调度方案的能源成本，比较多种调度方案的成本；第六步，可以对满意的调度方案进行使用和保存。

调度人员遇到相同或类似的场景时，可以打开已保存的调度方案，根据方案中的工况组合方式进行调度。

Claims (2)

1.一种基于设备工况组合的能源调度系统，其特征在于，包括：设备工况类型定义模块、工况能源介质特性管理模块、工况组合工具模块、能源介质平衡模块、经济性评价模块、调度方案保存与回放模块六个模块,六个模块均运行在调度计算机上，模块涉及的工况类型数据、工况能源介质特性数据、调度方案数据均保存在关系数据库中，所说的关系数据库运行在服务器上，调度计算机与服务器之间通过局域网连接；各模块的功能如下：

设备工况类型定义模块，根据设备类型、规格，以及原材料、产成品的类型、规格不同，定义各种工况，典型的工况如：运行、故障、停机、升温、保温、降温，每种工况由一个名称作为助记符，包含工况持续时间信息；

工况能源介质特性管理模块，定义设备在某工况下发生、消耗能源介质的种类以及数量随时间的变化规律，用典型样本数据或数量-时间函数关系式来表征这一规律，对已发生的工况，直接从历史数据中抽取该工况时间范围内的能源介质数据作为样本；

工况组合工具模块，提供可移动甘特图工具，甘特图的横坐标轴为时间、纵坐标轴为设备，甘特图上每个图块表示设备的一种工况，图块宽度表示工况的持续时间，不同类型的工况通过图块上的颜色和文本进行区分，能横向拖动图块改变其开始、结束时间，从生产排程计划中提取生产设备的工况组合，或者直接从设备工况类型定义模块（1）中选择设备工况进行组合，调度方案一般表现为对能源设备工况的设定和对生产设备工况时间起点的调整；

能源介质平衡模块，伴随工况组合工具模块（3）的工况组合定义，能源介质的平衡情况以图表的形式自动产生，包括设备名称、各时刻能源介质的发生或消耗速率、各时刻该能源介质的总不平衡量累计值，能源介质的数据来自工况能源介质特性管理模块（2），如果该能源介质是自产自用的，那么当总不平衡量超过能源介质容器的吞吐能力时提示平衡方案不可行；总不平衡量为总消耗量减去总发生量；

经济性评价模块，当能源介质平衡模块（4）中没有不可行的能源介质时，作为能源调度方案进行经济性评价，经济性评价模块根据预先设定的分时段电价和其他介质的价格计算总能耗成本，并比较多种调度方案的成本情况，指导调度方案的选择；

调度方案保存与回放模块，通过设备工况类型定义模块（1）、工况能源介质特性管理模块（2）、工况组合工具模块（3）、能源介质平衡模块（4）制定的调度方案保存下来，待再次出现相同或类似场景时回放使用。

2.一种采用权利要求1所述的系统的基于设备工况组合的能源调度方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，在设备工况类型定义模块定义设备工况类型；

第二步，在工况能源介质特性管理模块，定义设备在某工况下发生、消耗能源介质的种类以及数量随时间的变化规律；

第三步，在工况组合工具模块定义一段时间内设备的工况组合；

第四步，系统根据第三步的工况组合自动生成能源介质的平衡图表，并判断每种能源介质是否平衡，提示不平衡的能源介质；

第五步，当第四步所有能源介质均平衡，则计算调度方案的能源成本，比较多种调度方案的成本；

第六步，对满意的调度方案进行使用和保存。

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