CN113805547A - 一种能源生产平衡建模系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及能源生产系统技术领域，具体涉及一种能源生产平衡建模系统及其使用方法；包括第一数据采集模块、第二数据采集模块、存储器、数据处理模块、生产平衡单元和显示模块；本发明通过获取各生产系统中的历史数据和下游各用气单位的用气量历史数据，并对获取的数据进行去噪，由优化后的数据建立预测模型，并对预测模型进行优化，将获取的需求数据传输至优化模型后，输出下游用气量所对应的各生产量，通过调整各生产系统的生产量，以实现能源生产与需求的平衡，来达到实际生产中节能降耗的目的，能够有效地提高了利用率，将为生产企业带来降本增效的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及能源生产系统技术领域，具体涉及一种能源生产平衡建模系统及其使用方法。
背景技术
能源是人类活动的物质基础，随着科学技术的发展，新一代信息技术与制造业深度融合，正在引发影响深远的产业变革，形成新的生产方式、产业形态、商业模式和经济增长点。能源生产系统是用于对能源生产量监测和控制的系统，能够易于企业进行能源生产和管理。
在中国专利申请号为CN201810503585.7的专利文件中公开了《一种能源管理和能源生产系统》，在说明中记载有“包括能源管理模块、能源供应生产模块、智能数据网关模块和预付费能源表模块，所述能源管理模块与两个子站连接，两个子站分别与数据采集控制模块连接，数据采集控制模块与能源供应生产模块连接，能源管理模块通过智能数据网关模块与预付费能源表模块进行通信，能源管理模块包括用于存储所有能耗数据的存储单元、用于读取存储单元存储的能耗数据的读取单元、用于对读取单元发送过来的能耗数据进行处理分析的处理单元、用于显示处理单元发送的能耗数据的显示单元和用于控制能源表工作状态的控制单元。本发明提高了能源管理效率，实现对能源的监控，实现节约能源提高能源利用效率”，上述专利文件所提供的能源生产系统虽然具有一定能源管理功能，但是其无法根据下游企业的需求量，实现生产平衡，影响利用率，同时，难以实现效益最大化，无法满足使用者的使用需求。
综上所述，研发一种能源生产平衡建模系统及其使用方法，仍是能源生产系统技术领域中急需解决的关键问题。
发明内容
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明在于提供一种能源生产平衡建模系统及其使用方法，本发明通过获取各生产系统中的历史数据和下游各用气单位的用气量历史数据，并对获取的数据进行去噪，由优化后的数据建立预测模型，并对预测模型进行优化，将获取的需求数据传输至优化模型后，输出下游用气量所对应的各生产量，通过调整各生产系统的生产量，以实现能源生产与需求的平衡，来达到实际生产中节能降耗的目的，能够有效地提高利用率，将为生产企业带来降本增效的经济效益。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种能源生产平衡建模系统，包括第一数据采集模块、第二数据采集模块、存储器、数据处理模块和生产平衡单元，其中：
所述第一数据采集模块用于获取各生产系统中的历史数据以及需求数据；
所述第二数据采集模块用于获取下游各用气单位的用气量历史数据以及需求数据；
所述存储器用于对获取的数据进行存储，所述存储器与第一数据采集模块和第二数据采集模块均信号连接；
所述数据处理模块用于对获取的数据进行优化，所述数据处理模块与存储器电性连接；
所述生产平衡单元根据接收到的数据，构建预测模型，并对预测模型进行优化，所述生产平衡单元与存储器和数据处理模块均电性连接。
本发明进一步设置为：还包括显示模块，所述显示模块用于显示需求用气量数据信息，所述显示模块与生产平衡单元信号连接。
本发明进一步设置为：所述生产平衡单元包括预测模型模块和模型优化模块，其中：
所述预测模型模块根据获取的数据，建立预测模型，所述预测模型模块与数据处理模块电性连接；
所述模型优化模块用于对预测模型进行优化，所述模型优化模块与存储器和显示模块均电性连接。
本发明还提供了一种能源生产平衡建模系统的使用方法，包括以下步骤：
S100、获取历史数据，根据历史数据建立预测模型，并对模型进行优化；
S200、获取需求数据，对需求数据进行优化，并将优化后的传输至优化模型；
S300、通过显示模块查看能源生产量与用气量是否平衡，调整能源生产量，使能源生产量与用气量平衡。
本发明进一步设置为：在S1操作步骤中，获取历史数据，根据历史数据建立预测模型，并对模型进行优化，包括以下步骤：
S110、第一数据采集模块从存储器内获取各生产系统的历史数据；
S120、第二数据采集模块从存储器内获取下游各用气单位用气量的历史数据；
S130、数据处理模块将S110和S120中获取的历史数据传输至预测模型模块；
S140、预测模型模块对大量的历史数据进行学习和分析生成预测模型；
S150、模型优化模块获取预测模型后，针对具体的生产目标结果YT+1，结合现实工艺生产的约束条件和当下不可控的生产环节变量，对预测模型进行优化，形成优化模块。
本发明进一步设置为：在S2操作步骤中，获取需求数据，对需求数据进行优化，并将优化后的传输至优化模型，包括以下步骤：
S210、第一数据采集模块从各生产系统中获取需求数据，将需求数据传输至数据处理模块；
S220、第二数据采集模块从下游各用气单位获取用气量的需求数据，将需求数据传输至数据处理模块；
S230、数据处理模块对S210和S220中获取的数据进行去噪；
S240、将第二数据采集模块100获取的数据去噪后优化模型内，并汇总第一数据采集模块200获取的数据。
本发明进一步设置为：在S230操作步骤中，数据进行去噪指去除数据缺失和不良数据。
本发明进一步设置为：在S240操作步骤中，优化模型还将输出结果传输至存储器进行存储。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
本发明通过获取各生产系统中的历史数据和下游各用气单位的用气量历史数据，并对获取的数据进行去噪，达到对历史数据的优化的效果，进而提高了数据的准确性，由优化后的数据建立预测模型，再针对具体的生产目标结果，结合现实工艺生产的约束条件和当下不可控的生产环节变量，通过优化模型求得最优的输入参数，来达到实际生产中节能降耗的目的，同时，将获取的需求数据传输至优化模型后，输出下游用气量所对应的各生产量，通过调整各生产系统的生产量，以实现能源生产与需求的平衡，能够有效地提高利用率，将为生产企业带来降本增效的经济效益。
附图说明
图1为一种能源生产平衡建模系统的系统图；
图2为一种能源生产平衡建模系统中生产平衡单元的系统图；
图3为一种能源生产平衡建模系统的使用方法的流程图。
图中标号说明：
100、第一数据采集模块；200、第二数据采集模块；300、存储器；400、数据处理模块；500、生产平衡单元；510、预测模型模块；520、模型优化模块；600、显示模块。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参照图1-2所示，一种能源生产平衡建模系统，包括第一数据采集模块100、第二数据采集模块200、存储器300、数据处理模块400和生产平衡单元500，其中：第一数据采集模块100用于获取各生产系统中的历史数据以及需求数据，第二数据采集模块200用于获取下游各用气单位的用气量历史数据以及需求数据，存储器300用于对获取的数据进行存储，存储器300与第一数据采集模块100和第二数据采集模块200均信号连接，数据处理模块400用于对获取的数据进行优化，数据处理模块400与存储器300电性连接，生产平衡单元500根据接收到的数据，构建预测模型，并对预测模型进行优化，生产平衡单元500与存储器300和数据处理模块400均电性连接。
在本实施例中，第一数据采集模块100和第二数据采集模块200分别通采集各生产系统中的历史数据和下游各用气单位的用气量历史数据，通过数据处理模块400对数据去噪，实现对历史数据的优化，提高了数据的准确性，将优化后的数据传输至生产平衡单元500，建立预测模型，再针对具体的生产目标结果YT+1，结合现实工艺生产的约束条件和当下不可控的生产环节变量，通过优化模型求得最优的输入参数，来达到实际生产中节能降耗的目的，约束条件包括温度信息和压力信息，输入参数包括给风量、给料量和给煤量，形成优化模型，然后，对下游各用气单位调研和统计实际的用气设备和用气计划，形成下游用气量的需求数据，第二数据采集模块200采用自动获取或人工输入的方式进行获取需求数据，将获取的需求数据传输至优化模型后，输出下游用气量所对应的各生产量，调整各生产系统的生产量，以实现能源生产与需求的平衡。
还包括显示模块600，显示模块600用于显示需求用气量数据信息，显示模块600与生产平衡单元500信号连接，生产平衡单元500包括预测模型模块510和模型优化模块520，其中：预测模型模块510根据获取的数据，建立预测模型，预测模型模块510与数据处理模块400电性连接，模型优化模块520用于对预测模型进行优化，模型优化模块520与存储器300和显示模块600均电性连接，在本实施例中，预测模型为工艺仿真算法模型、先进过程控制算法模型、趋势分析算法模型、离群点检测算法模型、残差分析模型、关键因素识别算法模型、蚁群算法模型、整数规划算法模型、粒子群搜索算法模型、遗传算法模型、时序预测算法模型、指数平滑算法模型、机器学习各种算法模型中的一种，显示模块600为显示器或其他显示设备，能够显示下游各用气单位的需求用气量，根据需求用气量，调整生产量，以满足能源生产与需求的平衡。
实施例2：
在实施例1的基础上，请参照图3所示，本发明还提供了一种能源生产平衡建模系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、获取历史数据，根据历史数据建立预测模型，并对模型进行优化。
包括以下步骤：
S110、第一数据采集模块100从存储器300内获取各生产系统的历史数据。
S120、第二数据采集模块200从存储器300内获取下游各用气单位用气量的历史数据。
S130、数据处理模块400将S110和S120中获取的历史数据传输至预测模型模块510。
S140、预测模型模块510对大量的历史数据进行学习和分析生成预测模型。
S150、模型优化模块520获取预测模型后，针对具体的生产目标结果YT+1，结合现实工艺生产的约束条件和当下不可控的生产环节变量，对预测模型进行优化，形成优化模块。
步骤二、获取需求数据，对需求数据进行优化，并将优化后的传输至优化模型。
包括以下步骤：
S210、第一数据采集模块100从各生产系统中获取需求数据，将需求数据传输至数据处理模块400。
S220、第二数据采集模块200从下游各用气单位获取用气量的需求数据，将需求数据传输至数据处理模块400。
S230、数据处理模块400对S210和S220中获取的数据进行去噪；
S240、将第二数据采集模块200获取的数据去噪后优化模型内，并汇总第一数据采集模块100获取的数据。
数据进行去噪指去除数据缺失和不良数据。
优化模型还将输出结果传输至存储器300进行存储。
步骤三、通过显示模块600查看能源生产量与用气量是否平衡，调整能源生产量，使能源生产量与用气量平衡。
性能检测：
将铜陵高速再生资源回收有限公司，2020年3月份至2020年7月，未采用本发明的能源生产平衡系统期间，需求用气量和实际生产量数据作为对比组，将2021年3月至2021年7月，采用实施例中的能源生产平衡系统期间，需求用气量和实际生产量数据作为实验组，进行数据对比，详细数据记录于表1。
表1：数据统计表
分别计算实际利用率，
计算可知，对比组的实际利用率为P＝72.85％，实验组的实际利用率P＝97.95％。
通过分析上述表中的相关数据可知，通过本发明所提供的一种能源生产平衡建模系统及其使用方法能够有效地实现能源生产与需求量的平衡，有效地提高了利用率，降低了成本。由此表明本发明提供的一种能源生产平衡建模系统及其使用方法具有更广阔的市场前景，更适宜推广。
本发明通过获取各生产系统中的历史数据和下游各用气单位的用气量历史数据，并对获取的数据进行去噪，达到对历史数据的优化的效果，进而提高了数据的准确性，由优化后的数据建立预测模型，再针对具体的生产目标结果，结合现实工艺生产的约束条件和当下不可控的生产环节变量，通过优化模型求得最优的输入参数，来达到实际生产中节能降耗的目的，同时，将获取的需求数据传输至优化模型后，输出下游用气量所对应的各生产量，通过调整各生产系统的生产量，以实现能源生产与需求的平衡，能够有效地提高利用率，将为生产企业带来降本增效的经济效益。
本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或他们的组合来实现，在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现，例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种能源生产平衡建模系统，其特征在于，包括第一数据采集模块(100)、第二数据采集模块(200)、存储器(300)、数据处理模块(400)和生产平衡单元(500)，其中：
所述第一数据采集模块(100)用于获取各生产系统中的历史数据以及需求数据；
所述第二数据采集模块(200)用于获取下游各用气单位的用气量历史数据以及需求数据；
所述存储器(300)用于对获取的数据进行存储，所述存储器(300)与第一数据采集模块(100)和第二数据采集模块(200)均信号连接；
所述数据处理模块(400)用于对获取的数据进行优化，所述数据处理模块(400)与存储器(300)电性连接；
所述生产平衡单元(500)根据接收到的数据，构建预测模型，并对预测模型进行优化，所述生产平衡单元(500)与存储器(300)和数据处理模块(400)均电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种能源生产平衡建模系统，其特征在于，还包括显示模块(600)，所述显示模块(600)用于显示需求用气量数据信息，所述显示模块(600)与生产平衡单元(500)信号连接。
3.根据权利要求2所述的一种能源生产平衡建模系统，其特征在于，所述生产平衡单元(500)包括预测模型模块(510)和模型优化模块(520)，其中：
所述预测模型模块(510)根据获取的数据，建立预测模型，所述预测模型模块(510)与数据处理模块(400)电性连接；
所述模型优化模块(520)用于对预测模型进行优化，所述模型优化模块(520)与存储器(300)和显示模块(600)均电性连接。
4.一种能源生产平衡建模系统的使用方法，其特征在于，使用了根据权利要求1-3任一项所述的一种能源生产平衡建模系统，包括以下步骤：
S100、获取历史数据，根据历史数据建立预测模型，并对模型进行优化；
S200、获取需求数据，对需求数据进行优化，并将优化后的传输至优化模型；
S300、通过显示模块(600)查看能源生产与用气量是否平衡，调整能源生产，将能源生产与用气量平衡；
S300、通过显示模块(600)查看能源生产量与用气量是否平衡，调整能源生产量，使能源生产量与用气量平衡。
5.根据权利要求4所述的一种能源生产平衡建模系统的使用方法，其特征在于，在S1操作步骤中，获取历史数据，根据历史数据建立预测模型，并对模型进行优化，包括以下步骤：
S110、第一数据采集模块(100)从存储器(300)内获取各生产系统的历史数据；
S120、第二数据采集模块(200)从存储器(300)内获取下游各用气单位用气量的历史数据；
S130、数据处理模块(400)将S110和S120中获取的历史数据传输至预测模型模块(510)；
S140、预测模型模块(510)对大量的历史数据进行学习和分析生成预测模型；
S150、模型优化模块(520)获取预测模型后，针对具体的生产目标结果YT+1，结合现实工艺生产的约束条件和当下不可控的生产环节变量，对预测模型进行优化，形成优化模块。
6.根据权利要求4所述的一种能源生产平衡建模系统的使用方法，其特征在于，在S2操作步骤中，获取需求数据，对需求数据进行优化，并将优化后的传输至优化模型，包括以下步骤：
S210、第一数据采集模块(100)从各生产系统中获取需求数据，将需求数据传输至数据处理模块(400)；
S220、第二数据采集模块(200)从下游各用气单位获取用气量的需求数据，将需求数据传输至数据处理模块(400)；
S230、数据处理模块(400)对S210和S220中获取的数据进行去噪；
S240、将第二数据采集模块(200)获取的数据去噪后优化模型内，并汇总第一数据采集模块(100)获取的数据。
7.根据权利要求6所述的一种能源生产平衡建模系统的使用方法，其特征在于，在S230操作步骤中，数据进行去噪指去除数据缺失和不良数据。
8.根据权利要求6所述的一种能源生产平衡建模系统的使用方法，其特征在于，在S240操作步骤中，优化模型还将输出结果传输至存储器(300)进行存储。
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