钢铁企业能耗模型建模方法的研究和应用

《钢铁企业能耗模型建模方法的研究和应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要能源已成为国内经济社会发展的约束，“碳排放”已成为国际社会施压中国的砝码。占国内总能源消耗约六分之一的钢铁行业义不容辞地成为节能减排的排头兵。相对于技术节能，钢铁企业的能源管理属于软节能，但同样十分重要并日益受到企业和政府的重视。企业能源管理者开展有效的能源管理工作，特别是借助信息自动化等技术进行能源管理，离不开对能源消耗系统全面而又深入地认识和把握，这就需要借助于能源消耗系统的模型，即能耗模型。现有钢铁企业能耗模型的研究较少，且多集中在某生产工序的能耗系统，有着严格的形式化表达，但缺乏对企业能耗系统整体性描述，难以整体把握能耗

2、状况，无法显著提高管理效率；部分能耗模型有整体建模的思想，但仅停留在对能耗系统中能源流动进行描述性建模，缺乏更深层次认识，管理效果难以保证。为了解决现有钢铁企业能耗模型这种“宽度"和“深度”间的矛盾，兼得能源管理效率和效果，本文提出了一种逐步形式化的建模思想，构建双层钢铁企业能源模型体系结构，在该体系下对能耗模型展开研究：(1)对钢铁企业能源管理领域的相关研究文献进行综述。分析该研究领域现存的一些问题和不足；结合调研情况，指出我国的钢铁企业节能体系包括技术节能、结构节能和管理节能的综合节能体系，该体系的实施要以信息自动化技术为基础，

3、以全面深入把握能耗状况为起点；(2)总结能源模型的分类，详细地论述现有能源模型研究进展，指出现有钢铁企业能源模型不能很好体现钢铁企业能耗系统的各种特点，并且几乎都不能够从整体上系统地描述整个企业生产过程中的能耗状况，很难形成企业能源消耗的多角度全方位综合认识。在此基础上，提出一种双层逐步形式化的能源模型建模体系，在该建模体系下，引入建模构件化思想，提出描述层建模所需要的能源模型构件。能源模型构件化对于快速准确建模和描述层模型过渡到分析层模型至关重要。(3)对钢铁企业能源模型体系中描述层模型的建模方法进行详细论述。尝试采用该方法对钢铁

4、企业能耗系统进行描述层建模，三个分视图模型的建模方法是在传统方法的基础上，根据钢铁企业能源消耗的具体实际加以扩展，并通过能源模型构件和元模型进行视图集成，使该方法更具描述钢铁企业能耗状况的语义。在钢铁企业能耗系统描述层模型中，工序视图从钢铁企业生产工序的角度描述能耗的实际状况；工厂视图从企业组织的角度描述能耗的实际状况；能流视图描述钢铁企业生产过程中涉及的能源的来龙去脉。并分别定义工序视图、能流视捅要图和工厂视图的建模构件以及元模型。(4)能耗系统描述层模型从多角度对钢铁企业能耗状况进行整体把握，但这些建模方法是半形式化方法，只给出

5、了较为严格的模型表示的语法：并没有定．义模型的语义，这妨碍了对系统动态行为的精确表示，很难对建立模型的正确性·进行检验，也无法对能源消耗系统的各种性质进行分析。针对此，对钢铁企业能耗系统的形式化建模方法进行研究，提出钢铁企业能耗系统混杂Petri网模型，采用Matlab中Stateflow对能耗系统Petri网模型进行仿真，可以得到现有工艺和技术条件下，一定时期内的各种能耗指标，对能源管理者具有辅助决策的作用。此外，给出该模型有关性质以及冲突的定义，为进一步利用混杂Petri网对能源消耗进行分析奠定基础。(5)描述层模型保证了对系统

6、认识的“完整性”，在此基础上，得到对能耗系统更加深入的了解，需要通过规范的转换机制使描述层模型转换到形式化的分析层模型。本文首先研究两层模型间的图形转换机制，在此基础上，尝试采用关联矩阵对两层模型进行转换，并通过实例说明关联矩阵转换机制是有效的。(6)能源管理系统设计与能耗显示功能实现。介绍能源管理系统的设计思路和原则l结合实地调研，课题组在多视图描述层模型的基础上开发出多角度能耗显示系统。经过企业能源管理人员的初步确认，该系统可以比较好地满足企业能源管理者的需求，提高管理效率。本文的主要创新点包括以下几个方面：(1)提出钢铁企业双

7、层能源模型体系，从描述层到分析层的建模体系体现了逐步形式化建模思想。使钢铁企业能耗系统从整体上得以表述，并且通过两层模型转换，使该系统可以利用形式化的分析模型得以深层次地认识，在一定程度上弥补了现有能源模型的不足；(2)为了系统整体地描述企业能耗状况，专门针对复杂的钢铁企业能耗系统特点，并结合能源管理者的实际需求，提出多视图建模思路，从多个角度对能耗状况进行把握，课题组根据此模型开发实现了多角度能耗显示系统，并得到企业认可；(3)从半形式化描述层能源模型到形式化分析层能源模型的过渡需要通过转换机制来实现，针对此，提出关联矩阵转换机制

8、，实现了逐步形式化的过渡；(4)在分析层，应用混杂Petri网对钢铁企业能耗系统建立模型，并初步分析模型性能，属于应用创新。关键词：钢铁企业，能耗系统，多视图，能耗模型，混杂Petri网HAbstractABSTRACTEnergyh