面向钢铁工艺流程的负荷响应的优化控制方法及系统与流程

本发明涉及电力负荷响应行业，特别是关于一种面向钢铁工艺流程的负荷响应构造方法。

背景技术：

1、钢铁行业用电量巨大，其中钢铁工艺流程不仅用电量大，而且用电需求复杂。这一特性导致了方方面面的问题。例如危害系统稳定，导致能源浪费，加剧环境污染等。若无法得到合理的优化控制，无论对电网系统还是对钢铁企业都会造成很大的危害。

2、电力负荷响应对于生产过程的优化和节能减排具有至关重要的意义。目前，相关领域已有一些现有技术。例如公开号为cn116683421a的专利，公开了一种基于生产节奏和分时电价的钢铁厂用电优化方法，针对钢铁企业发电端和用电端的负荷特性，以日度电力系统运行成本最低为优化目标，建立基于生产节奏和分时电价的钢厂用电混合整数二次优化模型。综合考虑钢铁厂工业园区生产与能源的耦合、“尖峰平谷”实时电价、现场人员操作负担等影响因素，在保证了生产安全的前提下，为钢铁企业的能源系统运行提供了更优的运行方案，从而达到减少生产成本的目标；公开号为cn112053059a的专利，公开了一种基于用户需求弹性响应与分时电价的峰谷负荷优化方法，能够基于用户需求弹性响应与分时电价对峰谷负荷进行优化，优化后的分时电价能够充分引导用户的用电行为，从而优化用户负荷的分配，能解决负荷峰谷差过大问题。然而，现有的负荷响应方法大多局限于单一设备或特定环节的负荷考量，未能全面反映整个工艺流程的负荷响应情况，因此，开发一种针对于钢铁工艺流程的负荷响应优化控制方法就显得尤为重要。

技术实现思路

1、现有技术负荷响应方法应用于钢铁行业要考虑多种具体的环境和情况，现有负荷响应方法往往只考虑了单个设备或某一环节的负荷，且缺乏对于钢铁行业的针对性，不能全面适用于整个钢铁工艺流程。本发明旨在提供一种面向钢铁工艺流程的负荷响应的优化控制方法及系统，针对钢铁行业负荷特征数据进行分析，使其可以适应钢铁行业的各种环境，并在后续根据实际情况动态调整以适应不同需求。

2、为实现上述发明目的，本发明具体采用以下技术方案。

3、一种面向钢铁工艺流程的负荷响应的优化控制方法，所述优化控制方法包括：

4、确定钢铁行业生产过程中单个用户所对应的设备，并获取参与负荷响应的用户数据；

5、确定钢铁行业负荷响应中涉及的需求响应量、需求响应价格和响应成本数据；

6、建立经济效益最优化的目标函数：

7、

8、其中，t总为优化控制时间周期；δt是单个控制时间段的时间；是钢铁行业参与实时需求响应的工业用户集合；是i用户参与需求响应的设备集合；rt是具体时间点t的需求响应量；x是电力需求响应价格；πi,j是i用户j设备的需求响应成本；ri,j,t是i用户j设备在具体时间点t的需求响应调节量；

9、在钢铁行业负荷约束条件下，求解目标函数，实现对负荷响应的优化控制。

10、本发明具体包括以下优选方案。

11、所述经济效益最优化的目标函数需要满足以下需求响应量约束条件：

12、

13、其中，ri,t是i用户在具体时间点t的需求响应调节量；ωi,t是i用户在具体时间点t的需求响应可靠程度，所述需求响应可靠程度用百分数表示。

14、所述经济效益最优化的目标函数需要满足以下需求响应调节量深度约束条件：

15、

16、其中，是i用户、j设备在t时刻的初始负荷；是i用户、j设备在t时刻的最大调节幅度，最大调节幅度是在可调节范围内最大的负荷占初始负荷的百分比；是i用户、j设备在t时刻的最小调节幅度，最小调节幅度是在可调节范围内最小的负荷占初始负荷的百分比；ei,j,t为i用户、j设备在t时刻的调用情况，当设备正在被调用时，ei,j,t＝1，当设备不处于被调用时，ei,j,t＝0。

17、所述的用户设备需要满足以下关联性的约束条件：

18、正向关联条件：

19、其中，是i用户的正向关联的所有设备；(x,y)是两个具备正向关联性的设备；

20、反向关联条件：

21、其中，是i用户的反向关联的所有设备；(x′,y′)是两个具有反向关联性的设备。

22、所述用户设备需要满足以下延时性的约束条件：

23、正向延时条件：

24、其中，是i用户的正向延时的所有设备；(a,b)是两个具备正向延时的设备，当其中a设备被调用后不被调用后，经过t(a,b)时间后，b设备被调用或不被调用；t(a,b)是两个设备被调用的时间间隔；

25、反向延时条件：

26、其中，是i用户的反向延时的所有设备；(a′,b′)是两个具备反向延时的设备，当其中a′设备被调用或不被调用后，经过t(a′+b′)时间后，另外一个设备不被调用或被调用；t(a′+b′)是两个设备被调用的时间间隔。

27、所述目标函数需要满足持续时间约束条件：

28、

29、其中，t总是优化控制时间周期；ti,j是i用户j设备的被调用的时间间隔。

30、所述用户设备需要满足单次参与响应的约束条件：

31、

32、其中，当某个用户设备在被调用的情况下，否则为0；当某个用户设备在没有调用的情况下，否则为0。

33、本技术同时请求保护一种基于前述优化控制方法的面向钢铁工艺流程的负荷响应的优化控制系统，包括用户数据采集模块、需求响应量和需求响应价格获取模块、目标函数构建模块、约束条件构建模块、目标函数求解模块，其特征在于：

34、所述用户数据采集模块采集参与需求响应的各用户数据；

35、需求响应量和需求响应价格获取模块获取需求响应量和需求响应价格；

36、目标函数构建模块基于需求响应量、需求响应价格和响应成本数据构建目标函数；

37、约束条件构建模块建立需求响应约束条件；

38、所述目标函数求解模块联立各约束条件、目标函数，对目标函数进行求解，实现对负荷响应的优化控制。

39、目标函数构建模块按照以下方式构建经济效益最优化的目标函数：

40、

41、其中，t总为优化控制时间周期；δt是单个控制时间段的时间；φdz是钢铁行业参与实时需求响应的工业用户集合；是i用户参与需求响应的设备集合；rt是具体时间点t的需求响应量；x是电力需求响应价格；πi,j是i用户j设备的需求响应成本；ri,j,t是i用户j设备在具体时间点t的需求响应调节量。

42、所述需求响应约束条件包括需求响应量约束条件、需求响应调节量约束条件、用户设备关联性约束条件、用户设备延时性约束条件、持续时间约束条件、单次响应约束条件。

43、所述响应量约束条件为：

44、

45、其中，ri,t是i用户在具体时间点t的需求响应调节量；ωi,t是i用户在具体时间点t的需求响应可靠程度，所述需求响应可靠程度用百分数表示。

46、所述响应调节量约束条件为：

47、

48、其中，是i用户、j设备在t时刻的初始负荷；是i用户、j设备在t时刻的最大调节幅度，最大调节幅度是在可调节范围内最大的负荷占初始负荷的百分比；是i用户、j设备在t时刻的最小调节幅度，最小调节幅度是在可调节范围内最小的负荷占初始负荷的百分比；ei,j,t为i用户、j设备在t时刻的调用情况，当设备正在被调用时，ei,j,t＝1，当设备不处于被调用时，ei,j,t＝0。

49、本发明具有以下有益的技术效果：

50、与当前技术相比，本发明公开的面向钢铁工艺流程的负荷响应构造方法提供了一种创新的解决方案，加强了电力负荷响应技术对于钢铁行业的针对性，使其可以全面适用于钢铁工艺流程的的各个部分。通过建立经济效益最优化的目标函数，针对钢铁行业负荷特征数据进行分析，并在后续根据实际情况动态调整以适应不同需求，使其可以适应钢铁行业的各种环境，以最大程度的实现钢铁行业负荷需求响应的优化控制。同时也可以达到节能减排、维护系统稳定的效果。