钢铁园区能量流-物质流耦合系统协同调度方法和装置

1.一种钢铁园区能量流-物质流耦合系统协同调度方法，其特征在于，包括以下步骤：建立钢铁园区能量流-物质流耦合系统协同调度的目标函数；确定生产系统与能源系统的约束条件；根据所述目标函数与所述约束条件，基于调度模式对钢铁园区能量流-物质流耦合系统进行协同调度，其中，所述协同调度的过程包括：通过调度中心下发指令；基于约束条件和下发的指令，对目标函数进行求解，得到调度方案；基于调度方案对生产系统和能源系统进行协调，通过生产系统对生产内容进行调度，将煤气产量输入到能源系统中，通过能源系统对煤气的分配进行调度，并为生产系统提供功率支撑；其中，所述目标函数表示为：其中，生产系统成本包括高炉生产成本C BF 、转炉生产成本C BOF 和电炉成本C EF ，能源系统成本包括自备电厂发电成本C Gen 、煤气系统放散成本C dp 、钢化联产成本C cp 和购电成本C grid ， 表示碳排放成本，C P ＝[C BF ,C BOF ,C EF ] T ，λ BF 、λ BOF 、λ EF 分别为高炉入料的单价矩阵、转炉入料的单价矩阵以及电炉入料的单价矩阵，m BF 、m BOF 、m EF 分别表示高炉原料用量矩阵、转炉原料用量矩阵、电炉原料用量矩阵，C e ＝[C Gen ,C dp ,C cp ,C grid ] T ，λ Gen 为自备电厂发电成本系数，T表示调度周期，P t Gen 表示t时段自备电厂发电功率，Δt表示单位调度时段，w gas 表示煤气集合，λ g dp 为煤气g放散塔放散单位体积煤气所对应的惩罚系数，f g,t dp 为t时段煤气g的放散量， 分别为生产单位甲醇所需的成本及带来的收益， 为t时段生产甲醇量、 分别为t时段系统购电电价和售电电价， 分别为t时段系统的购电功率和售电功率，E t 、 分别为碳排放总量和单位碳排放成本，S b 、S cs 分别为系统中燃料和含碳溶剂种类以及固碳产品种类，M i 为物料的消耗量，EF i 为二氧化碳排放因子，M e 为系统的购电量，EF e 为电力的二氧化碳排放因子，I e 表示碳排放强度，w EF 表示电炉集合， 分别为电炉i在t时段的钢水产量、转炉i在t时段的钢水产量；所述生产系统的约束条件包括高炉模型、转炉模型、电炉模型，所述能源系统包括煤气系统和电力系统，所述能源系统的约束条件包括煤气来源约束、电力平衡约束、其他约束。 2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高炉模型表示为：其中， 表示高炉生产状态变量， 分别为高炉i在t时段铁水的产量与三种含铁矿石用量， 为三种矿石的资源强度， 为入炉含铁矿石种类，w BF 表示高炉集合，T表示调度周期，m BF 为原料矩阵， m BF 表示高炉i在t时段含铁矿石用量、含铁矿石配比以及焦炭原料用量上、下限；所述转炉模型表示为：其中， 表示转炉生产状态变量， 分别为转炉i在t时段各种入料用量与出料量， 分别为入料种类与出料种类，w BOF 表示转炉集合，T表示调度周期，m BOF 为转炉原料用量矩阵，U BOF ＝[m scrap,t BOF,i ,m slag,t BOF,i ,V BOF,i ]，代表转炉i在t时段产出废钢量、钢渣量计算关系式以及转炉炉容与金属装入量的关系式，p、q表示计算变量的系数矩阵；所述电炉模型的表示为：其中， 表示电炉生产状态变量， 为电炉i在t时段的钢水产量， 为产量变化量，m EF 为电炉原料用量矩阵，m EF 、 为铁水和废钢及生铁用量下、上限，w EF 表示，T表示调度周期。 3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤气来源约束表示为：其中，b BFG 为生成一吨铁水产生的高炉煤气量， 为高炉i在t时段铁水的产量， 为煤气系统在τ时段产生的高炉煤气量， 为煤气系统在τ时段产生的转炉煤气体积， 为转炉i在t-T BOF 时段使用铁水量，b LDG 为转炉煤气生产系数，T BOF 、 分别为转炉生产周期与一炉吹氧时间，C 1 、C 2 为铁水和钢水中的含碳量，α CO 、 为生成的炉气中CO、CO 2 含量，w gas 为煤气集合，f g,t in 、f g,t user 、f g,t Gen 、f g,t cp 、f g,t dp 为t+1时段煤气g的产生量、生产用户使用量、流入自备电厂量、流入钢化联产环节的量以及放散量，h g,t 为煤气g在时段t的煤气柜柜位， h g 分别为柜位上限和下限，Δh表示煤气柜最大吞吐煤气速率；所述电力平衡约束表示为：b 1 +b 2 ≤1其中， 分别为t时段自备电厂发电功率、购电功率、光伏出力、风电出力、轧钢功率、煤气柜i消耗功率以及售电功率， 分别为高炉、转炉和电炉功率，b 1 、b 2 为0-1变量；所述其他约束表示为：其中， 为电炉i的功率， 为电炉i在t时段烘炉有功功率， 为电炉i冶炼有功功率， 电炉i在t时段的有功功率调整变量， 分别为功率调整上、下限， 表示电炉i在t时段入炉铁水量与烘炉功率的关系系数， 为高炉i在t时段铁水的产量， 表示功率调整量带来的产量变化量， 电炉i的每单位用电调整量引起的产量变化系数。 4.一种钢铁园区能量流-物质流耦合系统协同调度装置，其特征在于，包括目标函数构建模块、约束条件构建模块、协同调度模块，其中，所述目标函数构建模块，用于建立钢铁园区能量流-物质流耦合系统协同调度的目标函数；所述约束条件构建模块，用于确定生产系统与能源系统的约束条件；所述协同调度模块，用于根据所述目标函数与所述约束条件，基于调度模式对钢铁园区能量流-物质流耦合系统进行协同调度，其中，所述协同调度的过程包括：通过调度中心下发指令；基于约束条件和下发的指令，对目标函数进行求解，得到调度方案；基于调度方案对生产系统和能源系统进行协调，通过生产系统对生产内容进行调度，将煤气产量输入到能源系统中，通过能源系统对煤气的分配进行调度，并为生产系统提供功率支撑；其中，所述目标函数表示为：其中，生产系统成本包括高炉生产成本C BF 、转炉生产成本C BOF 和电炉成本C EF ，能源系统成本包括自备电厂发电成本C Gen 、煤气系统放散成本C dp 、钢化联产成本C cp 和购电成本C grid ， 表示碳排放成本，C P ＝[C BF ,C BOF ,C EF ] T ，λ BF 、λ BOF 、λ EF 分别为高炉入料的单价矩阵、转炉入料的单价矩阵以及电炉入料的单价矩阵，m BF 、m BOF 、m EF 分别表示高炉原料用量矩阵、转炉原料用量矩阵、电炉原料用量矩阵，C e ＝[C Gen ,C dp ,C cp ,C grid ] T ，λ Gen 为自备电厂发电成本系数，T表示调度周期，P t Gen 表示t时段自备电厂发电功率，Δt表示单位调度时段，w gas 表示煤气集合，λ g dp 为煤气g放散塔放散单位体积煤气所对应的惩罚系数，f g,t dp 为t时段煤气g的放散量， 分别为生产单位甲醇所需的成本及带来的收益， 为t时段生产甲醇量， 分别为t时段系统购电电价和售电电价， 分别为t时段系统的购电功率和售电功率，E t 、 分别为碳排放总量和单位碳排放成本，S b 、S cs 分别为系统中燃料和含碳溶剂种类以及固碳产品种类，M i 为物料的消耗量，EF i 为二氧化碳排放因子，M e 为系统的购电量，EF e 为电力的二氧化碳排放因子，I e 表示碳排放强度，w EF 表示电炉集合， 分别为电炉i在t时段的钢水产量、转炉i在t时段的钢水产量；所述生产系统的约束条件包括高炉模型、转炉模型、电炉模型，所述能源系统包括煤气系统和电力系统，所述能源系统的约束条件包括煤气来源约束、电力平衡约束、其他约束。 5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述高炉模型表示为：其中， 表示高炉生产状态变量， 分别为高炉i在t时段铁水的产量与三种含铁矿石用量， 为三种矿石的资源强度， 为入炉含铁矿石种类，w BF 表示高炉集合，T表示调度周期，m BF 为原料矩阵， m BF 表示高炉i在t时段含铁矿石用量、含铁矿石配比以及焦炭原料用量上、下限；所述转炉模型表示为：其中， 表示转炉生产状态变量， 分别为转炉i在t时段各种入料用量与出料量， 分别为入料种类与出料种类，w BOF 表示转炉集合，T表示调度周期，m BOF 为转炉原料用量矩阵，U BOF ＝[m scrap,t BOF,i ,m slag,t BOF,i ,V BOF,i ]，代表转炉i在t时段产出废钢量、钢渣量计算关系式以及转炉炉容与金属装入量的关系式，p、q表示计算变量的系数矩阵；所述电炉模型的表示为：其中， 表示电炉生产状态变量， 为电炉i在t时段的钢水产量， 为产量变化量，m EF 为电炉原料用量矩阵，m EF 、 为铁水和废钢及生铁用量下、上限，w EF 表示，T表示调度周期。 6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述煤气来源约束表示为：其中，b BFG 为生成一吨铁水产生的高炉煤气量， 为高炉i在t时段铁水的产量， 为煤气系统在τ时段产生的高炉煤气量， 为煤气系统在τ时段产生的转炉煤气体积， 为转炉i在t-T BOF 时段使用铁水量，b LDG 为转炉煤气生产系数，T BOF 、 分别为转炉生产周期与一炉吹氧时间，C 1 、C 2 为铁水和钢水中的含碳量，α CO 、 为生成的炉气中CO、CO 2 含量，w gas 为煤气集合，f g,t in 、f g,t user 、f g,t Gen 、f g,t cp 、f g,t dp 为t+1时段煤气g的产生量、生产用户使用量、流入自备电厂量、流入钢化联产环节的量以及放散量，h g,t 为煤气g在时段t的煤气柜柜位， h g 分别为柜位上限和下限，Δh表示煤气柜最大吞吐煤气速率；所述电力平衡约束表示为：b 1 +b 2 ≤1其中， 分别为t时段自备电厂发电功率、购电功率、光伏出力、风电出力、轧钢功率、煤气柜i消耗功率以及售电功率， 分别为高炉、转炉和电炉功率，b 1 、b 2 为0-1变量；所述其他约束表示为：其中， 为电炉i的功率， 为电炉i在t时段烘炉有功功率， 为电炉i冶炼有功功率， 电炉i在t时段的有功功率调整变量， 分别为功率调整上、下限， 表示电炉i在t时段入炉铁水量与烘炉功率的关系系数， 为高炉i在t时段铁水的产量， 表示， 电炉i的每单位用电调整量引起的产量变化系数。