一类能源产生与消耗优化问题研究

摘要

随着经济的发展，能源消费增长迅速，而能源供应相对不足，我国将面临能源危机。开发绿色新能源和优化工业能源消耗是国家能源发展战略。研究新能源产生与利用、高能耗工业的能源优化配置有重要的理论价值和应用意义。 本文以能源产生与消耗过程为研究背景，研究风电与火电的集成并网发电调度问题和炼厂能耗与生产的集成计划问题。针对含有风电场的电力机组调度问题，建立随机规划模型，设计并开发近似动态规划算法求解大规模问题;针对炼厂能能源优化配置问题，建立生产装置的能耗模型和能源配置的混合整数非线性规划模型，并设计改进外部近似算法。最后开发能源介质优化配置决策支持系统。主要研究内容如下: 1)基于分析风力发电过程中伴随的随机性与不确定，基于场景树建模方法，建立了以场景节点为逻辑的风电并网随机调度模型。利用优化软件CPLEX进行求解，并与传统模型相比较，验证了模型的有效性。 2)针对实际大规模风电并网随机调度问题，提出了近似动态规划求解算法，设计了基于问题的近似值函数及迭代更新策略，与优化软件的对比实验结果表明，所提出的近似动态规划算法求解效率明显提高，且解的偏差较小。 3)从能源优化配置角度研究炼厂的生产计划问题。考虑生产装置的负荷率和原料品质的影响因素，建立装置的能耗模型、炼厂能耗与生产的集成计划模型，从能耗的角度优化炼厂的原油加工生产计划。数值实验结果验证了模型的有效性。 4)针对大规模炼厂装置能耗与生产集成计划问题，设计改进的外部近似算法进行求解，通过并行求解多组负荷和配比方案下的炼厂能耗情况，加速算法的收敛。与GAMS对比数值实验显示算法的有效性。 5)开发企业的能源消耗优化配置决策支持系统。通过需求分析，数据库设计以及功能界面设计来完成对能源的静态动态优化配置，实现了对工业过程中能源消耗的合理配置，减少人工配置带来的误差。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1问题背景和研究意义

1．1．1问题背景

1．1．2研究意义

1．2国内外研究现状

1．2．1能源产生机组调度问题

1．2．2能源消耗优化配置问题

1．3本文技术路线及主要工作

1．3．1技术路线

1．3．2主要工作

第2章 能源产生机组的随机调度问题建模

2．1问题背景

2．2问题描述

2．3能源产生机组随机调度模型

2．3．1基于预测误差的情景树建模

2．3．2随机规划模型

2．4数值实验

2．5本章小结

第3章近似动态规划方法求解能源产生机组调度问题

3．1近似动态规划方法

3．2近似动态规划算法求解能源产生机组调度问题

3．2．1近似值函数及子问题模型

3．2．2更新近似值函数

3．2．3算法流程图

3．3数值实验

3．4本章小结

第4章 能源消耗与生产集成计划问题建模与求解

4．1装置能耗计算方法

4．1．1装置负荷率与装置平均能耗的关系

4．1．2原料配比与装置加工能耗的关系

4．2问题描述

4．3能源消耗与生产集成计划模型

4．3．1数学模型

4．3．2固定能耗分率的确定

4．3．3其他参数的确定

4．4数值实验

4．4．1示例数值实验与结果分析

4．4．2多组数值实验与结果分析

4．5本章小结

第5章 改进OA算法求解能源消耗与生产集成计划问题

5．1改进OA算法

5．1．1改进算法基本思想

5．1．2改进OA算法流程

5．2能源消耗与生产集成计划问题的子问题和主问题

5．2．1毹源消耗子问题

5．2．2能源消耗与生产集成计划问题的近似主问题

5．3数值试验

5．4本章小结

第6章 能源消耗优化配置系统开发

6．1系统需求分析

6．2系统功能模块设计

6．3数据库设计

6．3．1数据库设计原则

6．3．2数据表设计

6．4系统功能实现

6．4．1模型参数输入

6．4．2目标函数配置

6．4．3能源配置方案

6．5本章小结

第7章 总结与展望

参考文献

致谢