[發明專利]基于煉油廠全廠調度離散時間建模方法

有效

• 申請號: 201410196058.8
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN103984990B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 江永亨;黃德先;王凌;施磊;張璐;高小永
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 張文寶

1.一種基于煉油廠全廠調度離散時間建模方法，其特征在于，所述建模方法是一種考慮生產模式過渡過程的煉油生產過程和存儲控制的離散時間調度建模方法。把整個煉油廠系統劃分為原油供應、煉油生產、成品油調和交付三個部分，基于離散時間，從生產裝置的運行模式、生產裝置運行模式的過渡過程的角度進行建模，按以下步驟建模：?

步驟1：問題描述?

首先對建模對象進行分析，分析出模型中的決策變量；將一個典型的煉油廠系統劃分為三部分：第一部分是原油供應，假定來自原油儲罐的原油供應是充足的；第二部分是生產裝置，包括常壓蒸餾裝置(ATM)、減壓蒸餾裝置(VDU)、流化催化裂化裝置(FCCU)、加氫精制裝置(HTU)、加氫脫硫裝置(HDS)、催化重整裝置(RF)、醚化裝置(ETH)和甲基叔丁基醚裝置(MTBE)；第三部分是成品油調和及交付，該建模對象中有一種供應原油和八種成品油，其中包括五種汽油(JIV93、JIV97、GIII90、GIII93、GIII97)和三種柴油(GIII0、GIIIM10、GIV0)，假定成品油均存放于儲油罐中，以最大限度地滿足訂單要求同時最小化總的生產成本代價為調度優化目標。?

步驟2：操作模式定義?

所述步驟1中不同煉油生產裝置的操作模式不同，ATM和VDU裝置具有汽油模式(G)和柴油模式(D)兩種操作模式；FCCU、HDS和ETH裝置具有汽油—汽油模式(GG)、汽油—柴油模式(GD)、柴?油—汽油模式(DG)和柴油—柴油模式(DD)四種操作模式；HTU1和HTU2裝置具有苛刻操作模式(H)和溫和操作模式(M)兩種操作模式；RF和MTBE都僅有一種操作模式。?

步驟3：調度模型采用離散時間表述。?

先不考慮模式切換過渡過程，則在每個時刻點上，生產裝置的操作模式和輸入物料量、用于調和的組分油油量和成品油的交付量都是確定的，y_u,m,t表征生產裝置u在時間間隔t內的操作模式是否為m；?

在調度模型中引入模式切換過渡過程后，需額外增加的決策變量：x_u,m,m',t表征生產裝置u在不同的時間間隔t內是否處于從操作模式m到m'的模式切換過渡過程；C_u,m,m',t表征生產裝置u在時間間隔t-1與時間間隔t之間是否有從操作模式m到m'的切換。?

步驟4：問題公式化‐構建數學模型?

基于離散時間表示的煉油廠全廠調度模型可構建為混合整數非線性規劃(MINLP)數學模型，其具有各類必要的約束條件，包括：?

A運行模式切換約束：運行模式變量約束、模式切換變量約束、過渡過程變量約束和過渡過程保持時間約束；B物料平衡及容量、組分油調和及成品油交付的約束；?

步驟5：目標函數‐構建的調度模型?

煉油廠調度問題的目標函數是最小化煉油廠的生產成本、物料儲存成本以及訂單缺貨懲罰費用，目標函數的數學表達式如下：?

minf＝minΣ_T(QI_ATM,tOPC+Σ_uΣ_mΣ_m'x_u,m,m',tQI_u,ttOpCost_u,m,m'+Σ_uΣ_m'y_u,m',t(1-Σ_mx_u,m,m',t)QI_u,tOpCost_u,m')?????????????????(24)+Σ_tα(Σ_oINV_o,t+Σ_ocINV_oc,t)+Σ_lΣ_oβ_l(R_l,o-Σ_tD_l,o,t)?

QI_ATM,t為生產裝置ATM處在時間間隔t內的輸入流量；?

OPC為原油c的價格；?

tOpCost_u,m,m'為生產裝置u在操作模式從m到m'的過渡過程中的操作成本；?

OpCost_u,m為生產裝置u處于操作模式m的操作成本；?

α為每個時間間隔組分油和成品油的罐存成本；?

β_l為每個時間間隔對訂單l交付延遲的懲罰因子。?

目標函數式中第一項是購買原油的成本費用，第二項和第三項是生產裝置在過渡過程和穩態運行過程中操作成本，第四項是物料儲存費用，第五項是訂單缺貨懲罰。?

混合整數非線性規劃模型如下：?

(P0)：?

min?f＝Σ_T(QI_ATM,tOPC+Σ_uΣ_mΣ_m'x_u,m,m',tQI_u,ttOpCost_u,m,m'+Σ_uΣ_m'y_u,m',t(1-Σ_mx_u,m,m',t)QI_u,tOpCost_u,m')+Σ_tα(Σ_oINV_o,t+Σ_ocINV_oc,t)+Σ_lΣ_oβ_l(R_l,o-Σ_tD_l,o,t)?

步驟6：模型線性化?

以上構建的調度模型(P0)中涉及有雙線性項和三線性項，雙線性項是一個二進制變量與一個連續變量的乘積，三線性項是兩個二進制變量與一個連續變量的乘積，可以通過引入額外的輔助變量將這些項線性化；?

具體來說，步驟4中約束條件(7)和步驟5目標函數中都涉及?到相同的雙線性項和三線性項；雙線性項是x_u,m,m',tQI_u,t，其中，x_u,m,m',t是二進制變量，QI_u,t是連續變量；三線性項是y_u,m',t(1-Σ_mx_u,m,m',t)QI_u,t，由x_u,m,m',t的定義知，x_u,m,m',t＝1表示生產裝置u在時間間隔t內處于從m至m'的切換過渡過程。因為生產裝置在時間間隔t-1上的操作模式唯一，故Σ_mx_u,m,m',t的值不超過1，所以(1-Σ_mx_u,m,m',t)可以視為二進制變量，y_u,m',t是二進制變量，QI_u,t是連續變量。?

步驟7：線性化后的約束和目標函數?

如步驟5、6所述，生產裝置流出口物料平衡約束和目標函數可重新書寫如下：?

min?f'＝minΣ_T(QI_ATM,tOPC+Σ_uΣ_mΣ_m'xQI_u,m,m',ttOpCost_u,m,m'+Σ_uΣ_m'xyQI_u,m',tOpCost_u,m')?(24’)+Σ_tα(Σ_oINV_o,t+Σ_ocINV_oc,t)+Σ_lΣ_oβ_l(R_l,o-Σ_tD_l,o,t)?

則最終重構的離散時間混合整數非線性規劃調度模型如下：?

(P1)：?

min?f'＝Σ_T(QI_ATM,tOPC+Σ_uΣ_mΣ_m'xQI_u,m,m',ttOpCost_u,m,m'+Σ_uΣ_m'xyQI_u,m',tOpCost_u,m')+Σ_tα(Σ_oINV_o,t+Σ_ocINV_oc,t)+Σ_lΣ_oβ_l(R_l,o-Σ_tD_l,o,t)?