鋼鐵能源介質(zhì)預(yù)報及動態(tài)配置計劃研究.pdf

1、我國是能源消費大國，單位產(chǎn)品能耗平均比世界先進水平高47％。而鋼鐵行業(yè)在國民經(jīng)濟總能耗中所占比重約為10％，是高能耗行業(yè)，并且其能源成本約占鋼鐵生產(chǎn)成本的1/3，能源利用率低，節(jié)能潛力巨大。
　　本文以鋼鐵企業(yè)典型能耗工序為背景，對能源介質(zhì)消耗進行預(yù)報，科學(xué)計量各工序能源介質(zhì)在未來一段展望期內(nèi)的消耗，然后以能源介質(zhì)預(yù)報為基礎(chǔ)，對能源動態(tài)配置計劃進行了研究。最終現(xiàn)實能源配置計劃的優(yōu)化，最外層為能源動態(tài)配置，而能源配置過程中能源介質(zhì)的

2、需求通過嵌在內(nèi)層的預(yù)報來獲取，實現(xiàn)帶預(yù)報的動態(tài)優(yōu)化配置。本文的主要工作如下:
　　1)根據(jù)鋼鐵企業(yè)能源介質(zhì)預(yù)測的特點建立了馬爾科夫決策過程(Markov Decision Processes，簡稱MDP)預(yù)測模型。影響鋼鐵企業(yè)能源介質(zhì)消耗量的因素很多，如產(chǎn)量和氣溫，它們都具有隨機性，而且要求實現(xiàn)在線實時預(yù)測，并且缺乏對于能源介質(zhì)消耗量機理的認識，但是卻有著長期積累的大量歷史數(shù)據(jù)，本文將能源需求預(yù)報問題投射在隨機動態(tài)規(guī)劃的概率框架內(nèi)

3、建立了隨機MDP模型，有效處理了不確定性及適合鋼鐵能耗介質(zhì)實時在線預(yù)報。
　　2)針對鋼鐵企業(yè)能源介質(zhì)MDP預(yù)報模型的特點，開發(fā)了近似動態(tài)規(guī)劃(Approximate dynamic programming，ADP)算法。由于問題的隨機性及MDP預(yù)測模型中沒有狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率的知識，因此無法用動態(tài)規(guī)劃算法精確求出解最優(yōu)解，并且系統(tǒng)狀態(tài)的離散程度會使問題產(chǎn)生巨大規(guī)模，用動態(tài)規(guī)劃求解也會面臨維數(shù)災(zāi)的問題。根據(jù)ADP的優(yōu)點，即它完全是無模型

4、的數(shù)據(jù)驅(qū)動算法，對環(huán)境具有高度適應(yīng)性，克服了動態(tài)規(guī)劃算法和增強學(xué)習(xí)的維數(shù)災(zāi)問題。本文把預(yù)報問題投射在隨機動態(tài)規(guī)劃的概率框架內(nèi)，用ADP方法來求解，能有效處理不確定性，并且采用Robbins-Monro隨機近似方法給出ADP算法策略。
　　3)提出了帶有需求動態(tài)更新的能源配置計劃。傳統(tǒng)的能源配置計劃都假定能源需求是恒定的，然而根據(jù)我們從實際中提煉出來的新問題，需求是隨時間變化的，在這種情況下本文提出帶有需求動態(tài)更新的能源配置計劃模型

5、，該模型以最小化生產(chǎn)過程中的總成本為目標，而能源介質(zhì)的需求量動態(tài)更新。
　　4)根據(jù)帶有需求動態(tài)更新的能源配置計劃模型的特點，在能源介質(zhì)需求預(yù)報的基礎(chǔ)上，開發(fā)了求解算法。模型最外環(huán)是動態(tài)規(guī)劃，動態(tài)規(guī)劃的每個節(jié)點是線性規(guī)劃模型，而線性規(guī)劃模型中的每個能源需求量是動態(tài)更新的，開發(fā)出具有三層結(jié)構(gòu)的算法最外環(huán)用前向動態(tài)規(guī)劃算法求解，對于動態(tài)規(guī)劃的每個節(jié)點的線性規(guī)劃模型用CPLEX求解，而線性規(guī)劃的每個能源介質(zhì)預(yù)報點用ADP算法求解。