專利名稱：一種基于統計分類的冶金煤氣系統實時平衡調整方法
技術領域：
本發明屬于信息技術領域，涉及到高斯過程、模糊規則庫和差分計算，是一種基于統計分類的冶金煤氣系統實時平衡調整方法。本發明利用冶金企業現場已有的大量數據，首先應用高斯過程分類器將調整單元數據對應的時刻分離為調整時刻和非調整時刻，將調整時刻對應的發生單元數據、消耗單元數據以及被調整單元作為模糊規則庫的樣本，建立調整樣本庫；然后使用模糊C均值聚類算法將調整樣本庫中的各個樣本轉換成If-Then的模糊規則，建立完備的模糊規則庫；當監測到煤氣系統某一時刻即將運行不平衡，將該時刻的煤氣發生單元數據和消耗單元數據使用模糊C均值聚類算法轉換成If-Then的模糊規貝U，與所建立的模糊規則庫進行比對，確定出該時刻的可調整單元；然后采用差分計算法獲得煤氣系統的調整總量；最后根據煤氣系統調整單元的優先級和各調整單元的最大負荷能力，將調整總量分配給不同的調整單元，實現冶金煤氣系統的實時平衡調整。
背景技術：
能源是冶金企業生產過程中除人力資源以外的最重要資源，能源系統的運行情況是否穩定、經濟、可靠將直接影響到產品的質量和企業的經濟效益。因此，如何高效利用生產過程產生的副產煤氣使企業低消耗，低放散，低成本，低污染運行成為冶金企業追求的目標(Jun Zhao, Quanli Liu, Wei Wang, Witold Pedrycz, and Liqun Cong, HybridNeural Prediction and Optimized Adjustment for Coke Oven Gas System in SteelIndustry[J]. IEEE trans. on neural networks and learning systems. , vol.23, no. 3,pp. 439-450, Mar. 2012)。冶金企業生產過程會產生大量的副產煤氣，而此類副產品也是煉焦、加熱爐、電廠、熱處理等環節可利用的重要二次能源，其有效合理的利用將直接影響到冶金企業的能耗標準和產出成本。副產煤氣包括焦爐煤氣、高爐煤氣和轉爐煤氣三種。由于鋼鐵生產的非規律性，煤氣系統經常會發生產消不平衡的情況，生產與消耗的余量過多或過少極易造成柜位超出上限或下限，影響系統安全，因此必須對煤氣進行有效地調整。一般情況下，當煤氣柜的柜位發生異常時，根據煤氣系統產消單元的變化趨勢，增加或者減少管網中可調單元的煤氣用量可以平衡煤氣柜位，最重要的是在保證正常生產和煤氣柜安全運行的前提下最大化煤氣的利用率，減少副產煤氣的放散量，降低生產成本。目前在實際生產過程中，調度人員往往依靠人工經驗來實現對整個煤氣系統的平衡調整。參照現場的實際情況，調度人員一般根據當前時刻柜位的實際運行情況和系統中各單元的產消量變化來估計是否需要調整，并粗略的計算出調整總量，然后根據人工經驗將調整總量分配給不同的調整單元，如果調整后煤氣系統的運行狀態達到預期的要求則停止調整，否則將不斷調整，直到滿足要求為止。該方法的不足之處在于調度人員需要完成巨大的工作量，雖然可以給出調整總量，但是不能直接準確的給出具體的調整方案，這種依靠人工經驗的調整方式需要不斷地調整，這會造成調整手段響應的滯后，無法及時有效的完成煤氣系統的平衡調整，還可能導致企業的非正常生產，影響企業的生產效益。
發明內容
本發明要解決的技術問題是冶金煤氣系統實時平衡調整問題。為解決上述問題，首先應用高斯過程分類器將調整時刻對應的調整單元數據和非調整時刻對應的調整單元數據進行分離，將調整時刻對應的發生單元數據、消耗單元數據以及被調整單元作為模糊規則庫的樣本，建立調整樣本庫，基于該調整樣本庫建立模糊規則庫，用于確定調整單元；然后通過差分計算法獲得煤氣調整總量；最后根據現場的煤氣系統調整單元的優先級和各調整單元的最大負荷能力，將調整總量分配給不同調整單元。利用該發明可以在較短時間內給出較好的調整方案供調度人員參考，實現冶金煤氣系統的平衡調整。本發明技術方案的整體實現流程如附圖I所示，具體步驟如下I、現場數據的讀取從冶金煤氣系統現場實時數據庫中讀取所需的煤氣系統調整單元數據、被調整單元、發生單元數據、消耗單元數據、煤氣柜位數據； 2、高斯過程二分類模型采用高斯過程分類器將第I步中獲得的調整單元數據對應的時刻分離為調整時刻與非調整時刻，并記錄調整時刻對應的調整單元數據；3、建立模糊規則庫將第2步中得到的調整時刻對應的發生單元數據和消耗單元的數據作為模糊規則庫的輸入樣本，將調整時刻對應的被調整單元作為模糊規則庫的輸出樣本，建立調整樣本庫，利用模糊C均值聚類算法將調整樣本庫中各樣本轉換成If-Then的模糊規則，建立較為完備的模糊規則庫；4、實時在線確定調整單元監測煤氣系統運行不平衡的時刻，將該時刻對應的發生單元數據和消耗單元數據，使用模糊C均值聚類算法轉換成If-Then的模糊規則，與第3步所建立的模糊規則庫進行比對，找出與模糊規則庫中最相近的模糊規則，其輸出就是當前時刻的可調整單元； 5、調整總量的計算采用差分計算法獲得需要調整的煤氣總量；6、分配各調整單元的調整量依據第4步中得到的調整單元，根據現場調整單元的優先級和各調整單元的最大負荷能力，將第5步得到的調整總量分配給不同調整單元。本發明的效果和益處是考慮現場調度人員憑借人工經驗確定調整單元的盲目性，本發明采用基于高斯過程分類器和模糊規則庫相結合的方法實時在線確定調整單元，可以有效的避免系統對人工經驗的依賴性，且有效地提高了確定調整單元的速度，解決調整滯后的問題，實現煤氣的合理利用與分配，從而實現工業生產的自動化和智能化運行；本發明充分利用冶金企業現場已有的現場數據，實時精準的確定調整單元，并在采用差分計算法獲得調整總量后，根據調整單元的優先級和各調整單元的最大負荷能力，將調整總量分配給不同調整單元，滿足現場實時性和穩定性要求，從而為煤氣系統的調度人員提供完整可行的調整方案。
圖I為技術方案的整體實現流程圖。圖2為冶金企業煤氣系統管網結構圖。圖3為煤氣系統的調整總量計算原理圖。
具體實施例方式為了更好地理解本發明的技術方案，以下結合附圖2對本發明的實施方式作詳細描述，附圖2為某冶金企業煤氣系統的管網結構圖，高爐、焦爐和轉爐是煤氣系統的發生單元，其產生的高爐煤氣、焦爐煤氣和轉爐煤氣經過加壓站加壓后，供給石灰窯、燒結廠、連鑄、冷軋、熱軋、鋼管廠、初軋等消耗單元使用，富余的煤氣會供給低壓鍋爐和電廠鍋爐產生蒸汽和電力，低壓鍋爐和電廠鍋爐是煤氣系統的可調整單元，在煤氣系統中是可以保證系統平衡的重要調整手段，此外煤氣系統的管網和與煤氣管網相連的煤氣柜是煤氣系統的存儲設備。通常情況下，煤氣系統會保持在一個產消平衡的狀態運行，有時由于工業生產的變更或者工業故障等原因會導致煤氣系統的不平衡，供過于求時，煤氣柜的柜位可能超過其運行上限，這種情況下要開啟放散塔放散多余的煤氣，供不應求時，可能會導致工業生產的停滯。所以在監測到異常情況將要發生時，需要及時對煤氣系統進行調整，以使煤氣系統達到新的平衡。目前現場煤氣系統的調度人員通過實時監測煤氣系統的運行狀態，來判斷煤氣系統在未來時刻是否需要調整，在需要調整的情況下，粗略計算出調整總量，然后根據人工經驗確定調整單元，但是這樣不僅工作量很大，且依賴于調度人員的經驗，容易導致調整的滯后，所以本發明提出一種基于統計分類的冶金煤氣系統實時平衡調整方法，來實現冶金煤氣系統自動分析、自動控制和自動調整。按照圖I所示的方法流程，本發明的具體實施步驟如下步驟I :現場數據的讀取從冶金企業現場實時數據庫讀取所需的煤氣系統調整單元數據、被調整單元類別、發生單元數據、消耗單元數據、煤氣柜位數據。為了敘述方便，先給出調整時刻的含義在若干分鐘內，如果煤氣柜位一直處于較 高或較低狀態時，任意一個調整單元的用量驟然突變，說明該調整單元對煤氣系統進行平衡調整，則稱此突變點對應的時刻為調整時刻。對于調整時刻的特征，本發明申請人在與上海寶鋼能源中心的現場人員溝通后得出煤氣系統的調整時刻具備以下特征(I)煤氣柜位在長時間一直處于較高或較低的狀態，若不調整，煤氣柜位很有可能在未來一段時間內超限，影響系統的安全性。(2)如果此時有一個或若干個調整單元的用量從平穩狀態驟然突變，對煤氣系統進行平衡調整，使煤氣柜位逐漸趨于正常。一般情況下，當煤氣柜位處于較高狀態，則會突然增加調整單元的用量，當煤氣柜位處于較低狀態，則會突然減少調整單元的用量，用以對煤氣系統進行平衡調整，確保系統正常運行。步驟2 :建立高斯過程二分類模型讀取已知的調整單元數據組成一個樣本集，計算樣本集中的每個樣本中的間隔相同的點的斜率，將所得到的所有斜率值作為高斯過程二分類模型的輸入樣本，輸出樣本為每個輸入樣本對應的類別標簽，輸入樣本和輸出樣本的數據樣本集表示為D= Kxpyi) |i = 1,...,N}，其中輸入樣本Xi e Rd，輸出樣本yi e {-I,1} Yi = I表示該樣本對應的時刻是調整時刻，Yi = -I表示該樣本對應的時刻是非調整時亥IJ，N是輸入樣本的個數。
在給定輸入樣本Xi的情況下，為計算輸出樣本yi;引入隱函數f，$fi = f (Xi), PJ
將隱函數的所有隱函數值記為f = Lf1, f2,, fN]T。已知輸出樣本Ji與每個隱函數值fi
之間存在如下依賴關系P (YiIfi) = φ (Yifi)，且各輸出樣本互獨立，那么輸出樣本的聯
合似然函數可以描述為
權利要求
1.一種基于統計分類的冶金煤氣系統實時平衡調整方法，其特征包括如下步驟 (1)從冶金煤氣系統現場實時數據庫讀取所需的調整單元數據、被調整單元類別、發生單元數據、消耗單元數據、煤氣柜位數據； (2)建立高斯過程二分類模型
全文摘要
一種基于統計分類的冶金煤氣系統實時平衡調整方法,其特征是先應用高斯過程分類器將調整單元數據對應的時刻分離為調整時刻和非調整時刻，將調整時刻對應的發生單元數據、消耗單元數據以及被調整單元作為模糊規則庫的樣本，建立調整樣本庫；然后使用模糊C均值聚類算法將樣本庫中的各個樣本轉換成If-Then的模糊規則，建立完備的模糊規則庫；當監測到煤氣系統某一時刻即將運行不平衡，將該時刻的煤氣發生單元數據和消耗單元數據使用模糊C均值聚類算法轉換成If-Then的模糊規則，與所建立的模糊規則庫進行比對，確定出該時刻的可調整單元；然后采用差分計算法獲得煤氣系統的調整總量；最后根據煤氣系統調整單元的優先級和各調整單元的最大負荷能力，將調整總量分配給不同的調整單元，實現冶金煤氣系統的實時平衡調整。
文檔編號G05B19/418GK102799151SQ20121023163
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月5日 優先權日2012年7月5日
發明者趙珺, 張婷婷, 盛春陽, 王偉 申請人:大連理工大學