冶金能源系统基于数据的网络化建模与优化调度研究

The energy system of metallurgic industry is a nonlinear system with large scale, multiloop and comlex structure. A reasonable and effective energy scheduling plays a very important role for saving the useful resources, reducing the enterprise cost, and minimizing the environmental impact. Aiming at the energy system of metallurgic industry, this project will establish a series of network models for the energy system based on complex networks theory with the utility of mass data, study a class of novel optimal scheduling methods based on the complex networks modeling, and develop a related software system for the demonstration application of metallurgic enterprises of our country. The main research contents consist of 1）Complex networks based modeling for the processes of generation- consumption, transportation and transformation of energy media; 2) Analysis and fusion of energy consumption index based on data-driven complex networks model; 3) Optimal energy scheduling based on integrated multi- networks; and 4) Demonstration application in metallurgic industry with the studied complex networks based optimal scheduling methods. This research can not only provide a class of feasible modeling and scheduling methods for complex industrial systems, and gains a number of original research achievements with own intellectual property rights; but also reduces further the energy consumption of metallurgic enterprises and enhance the utility ratio of energy resources.

冶金企业能源系统是一个涉及面广、环节众多、结构复杂的非线性系统。合理有效的能源平衡调度不仅可降低资源浪费，节省企业成本，提高其竞争力，还可减少对环境的影响。本项目以冶金企业能源系统为研究对象，借助现场大量的实时、历史数据及调度决策数据，基于复杂网络理论对整个能源系统完成网络化建模，并在此基础上研究基于复杂网络模型的优化调度新理论及方法，并将所研究的方法开发形成调度软件在我国冶金企业进行示范应用。项目研究内容包括：能源介质产消/传输/转换关系的复杂网络化建模；能耗指标基于数据的网络化分析及融合；基于合成复杂网络模型的能源系统优化调度；基于网络化建模的能源系统优化调度在冶金工业中的示范应用。本研究不仅为工业复杂系统的建模及优化调度理论提供可用的方法，取得具有自主知识产权的原创性研究成果，还将进一步降低冶金企业的能源消耗，提高能源利用率。

本项目针对冶金工业能源系统基于网络化建模的预测与调度问题，借助现场已实施的基础能源管理系统和能源监控系统中收集的大量实时、历史数据及调度决策数据，基于复杂网络方法完成了冶金能源系统不同尺度的预测与优化调度任务，取得的主要成果如下：1）针对冶金副产煤气系统的流量、储量的预测问题，提出一种基于复杂网络社区划分的冶金能源系统实时软测量方法；2）针对钢铁煤气流量多时间尺度的区间预测问题，考虑其数据噪声高和常含缺失值的特点，提出了一种基于动态贝叶斯网建模的能源短期区间预测方法；为能源系统中煤气介质流量的长时段预测问题首次提出了基于粒度计算的方法；3）针对冶金能源系统中煤气与蒸汽、电力能源耦合环节，在对能源转换环节的运行方式调度上，提出一种基于贝叶斯网络的动态调度方法。基于上述方法及关键技术创新，结合实时数据采集、能源监控与人机交互，研发了冶金能源预测与优化调度系统，并已成功应用于我国大型冶金企业，创造了显著的经济和社会效益。.本项目共发表论文22篇，其中SCI论文9篇，在国际控制技术顶级期刊IEEE TCB、TASE和IFAC汇刊CEP等知名国际学术期刊发表7篇，另有1篇论文获第11届全球智能控制与自动化大会（WCICA 2014）最佳应用论文奖，1篇论文获中国过程控制会议（CPCC 2016）张钟俊院士优秀论文奖。已获授权国家发明专利2项，受理3项（已公告），获软件著作权5项。经教育部组织的科技成果鉴定，项目总体达到国际先进水平，在冶金能源系统预测方面处于国际领先水平。