(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111397007.8 (22)申请日 2021.11.23 (71)申请人 江南大学 地址 214122 江苏省无锡市滨湖区蠡湖大 道1800号 (72)发明人 吴定会　张子恒　纪志成　王艳　 倪渊之　范俊岩　陆申鑫　 (74)专利代理 机构 无锡华源专利商标事务所 (普通合伙) 32228 代理人 崔婕 (51)Int.Cl. G06Q 50/06(2012.01) G06Q 10/06(2012.01) G06F 30/27(2020.01) (54)发明名称 一种工业能源介质调配方法 (57)摘要 本发明公开了一种工业能源介质调配方法， 在满足钢铁企业多介质能源各种约束条件的前 提下， 以总成本最低为目标， 建立一种考虑动态 天然气、 动力煤价格机制的钢铁企业多介质能源 调配优化方法。 包括以下步骤： 1.获取要进行能 源介质调配的企业生产系统的主要能源结构及 相关的性能参数与数据。 2.根据实际生产情况， 建立天然气、 动力煤价格和电力成本动态变化机 制的计算方式。 3.针对多介质能源之间存在关 系， 以总成本最低为目标函数， 构建优化模型。 4. 针对模型优化特点， 对烟花算法分别在爆炸和变 异阶段进行改进， 对企业生产中的包括煤气、 蒸 汽、 电力在内的能源调配量进行算法编码， 代入 模型中。 5.经过优化， 得到钢铁企业24小时的生 产与能源调配方案 。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 114119279 A 2022.03.01 CN 114119279 A 1.一种工业能源介质调配方法， 其特 征包括以下步骤： 步骤1： 获取要进行能源介质调配的企业生产系统的主要能源结构及相关的性能参数 与数据； 步骤2： 根据实际生产情况， 建立天然气、 动力煤价格和电力成本动态变化机制的计算 方式； 步骤3： 针对多介质能源之间存在的关系， 以及不同场景因素， 以总成本最低为目标函 数， 构建优化模型； 步骤4： 针对模型的多变量、 强耦合、 多约束的特点， 对烟花算法分别在爆炸和变异阶段 进行改进； 步骤5： 对企业生产中的包括煤气、 蒸汽、 电力在内的能源调配量进行算法编码， 代入模 型中； 通过步骤4改进的烟花算法对模 型进行优化， 得到钢铁企业一日内2 4小时的生产与能 源调配方案 。 2.如权利要求1所述的一种工业能源介质调配方法， 其特征是， 对于钢铁企业， 步骤1所 述生产系统的主要能源结构为： 生产过程中的焦炉炼焦、 高炉炼铁和转炉炼钢工序会产生 对应的焦炉、 高炉和转炉煤气， 富余的副产煤气能用做能源系统自备电厂的燃料； 生产中所 需的蒸汽分为中压和低压蒸汽； 能源系统中的电力一部分来源于自备电厂的发电， 一部分 来自于生产流程中的余热余能发电， 此外， 多余或者不足的部分通过与电网的交易达到平 衡； 通过对钢铁企业能源介质历史产耗数据与日常运行调度方案的获取， 得到生产系统的 性能参数与运行 数据。 3.如权利要求1所述的一种工业能源介质调配方法， 其特征是， 步骤2所述的天然气的 交易价格是三档分段计费模式， 在消耗量低于第一档时， 天然气单价为每立方米C1元； 消耗 量超过第一档， 不超过第二档时， 消耗量在第一档内的部分依然为每立方米C1元， 在第一档 到第二档的部分为每立方米C2元； 消耗量超过第二档不超过第三档时， 消耗量在第一和第 二档内的部分按照第一第二档的价格计算， 超出部分按照每立方米C3元来计算， 如下式所 示： 其中， Cgas是天然气价格， Fgas是天然气的实时消耗量， F1gas是天然气第一档与第二档价 格的用量界限， 是天然气第二档和第三档价格的用量界限。 4.如权利要求3所述的一种工业能源介质调配方法， 其特征是， 步骤2中的 电力成本的 动态变化机制为： 钢铁生产能源系统与电网会发生电力的交互， 当发电量超出需求时向电 网卖电， 当发电量不满足时向电网买电， 向电网卖电的交易价格Cs是恒定的， 向电网买电的 交易价格Cb在日内不是保持恒定 的， 每小时向电网买电的价格有波动变化， 计算时间跨度 为一天， 每小时为一个时段， 共24个时段； 峰时段买电电价为 谷时段电价为 平时 段电价为 当系统处于向电网购电的状态时， 判断当下时刻处于 “峰、 平、 谷 ”电价的哪个 时段， 购电成本为购电量乘以当前的购电价格， 当系统处于向电网卖电的状态时， 卖电收益 为卖电量乘以卖电价格Cs。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114119279 A 25.如权利要求4所述的一种工业 能源介质调配方法， 其特征是， 在满足约束条件的前提 下， 以企业能源系统总成本最低为目标函数， 能源系统的总成本主要包括燃料成本、 设备折 旧成本、 外购动力煤和天然气成本以及与电网交易成本， 步骤3所述的以总成本最低为目标 函数的优化模型为： 其中， T为一个周期内的指定的时段数目， 即24， N为钢铁生产流程中各型设备的总数 量， Nse表示蒸汽生产设备的数目， Npe表示电力生产设备的数目， Cg为第g种副产煤气的价格， g＝1， 2， 3分别代 表了高炉煤气、 焦炉煤气和转炉煤气， 表示了设备i在t时段内第g种副产 煤气的消耗量， Ccoal表示动力煤的价格， 表示设备i在t时段内动力煤的消耗 量， Cgas表示 外购天然气的价格， 由式(1)确定， 作为设备i在t时段的Fgas带入式(1)； CM,i表示蒸汽生 产设备i的单位生产成本， Mi,t表示蒸汽生产设备i在t时段内的产量， CM,j表示电力生产设备 j的单位生产成本， Pj,t表示在电力生产设备j在t时段内的产量， Pw,t表示在t时段的关口交 换功率， δt表示外网在t时段的供电状态， 为t时段的购电价格Cb， Cs为卖 电价格。 6.如权利要求5所述的一种工业能源介质调配方法， 其特征是， 步骤3的目标函数， 约束 条件包括： 蒸汽、 煤气、 电力需求平衡约束， 电厂机组能量平衡约束， 燃气轮机能力平衡约 束， 各种煤气瞬时流量的上下限约束， 各发电设备的发电能力的上下限约束， 各产汽设备的 产汽能力的上 下限约束， 混合煤气最低热值约束。 7.如权利要求5所述的一种工业能源介质调配方法， 其特征是， 步骤4中烟花算法的改 进， 在烟花算法的爆炸和变异阶段， 引入动态爆炸半径计算和柯西变异方法对算法进行改 进， 提高算法的搜索能力。 8.如权利要求5所述的一种工业能源介质调配方法， 其特征是， 步骤5中， 对高炉煤气、 焦炉煤气、 转炉煤气、 蒸汽、 电力、 天然气、 外购煤等介质的富余和需求量进行编码； 在算法 的初始化阶段， 设置 其中G为初始种群中烟花个体的数量， 0 表示为初次迭代， 算法中 表示迭代到第k代的种群中的第i个烟花， 每一个烟花表示一种 优化模型的可能解； 为9×24维的数组， 9对应9个变量， 分别为高炉、 焦炉、 转炉煤气的富 余量、 电力的需求量、 与电网的交易电量、 中压和低压蒸汽的需求量、 天然气消耗量、 外购煤 消耗量， 24对应一天24个时段， 就表示在第k次迭代中对应的一种能源介质调配方案 。 9.如权利要求8所述的一种工业能源介质调配方法， 其特征是， 步骤4中改进后的烟花 算法的执 行步骤为： 4.1、 初始化烟花种群， 得到 的初代种群； 4.2、 计算种群中每一个烟花的适应度值； 4.3、 计算动态爆炸半径， 生成爆炸火花； 爆炸烟花的计算过程分为火花数目和火花半权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114119279 A 3