基于并行遺傳算法的環(huán)狀蒸汽熱網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化方法

1、基于并行遺傳算法的工業(yè)園區(qū)環(huán)狀蒸汽熱網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化趙瓊1 郭賚佳2 于春娣3 周懿1 鐘崴1(1.浙江大學(xué) 熱工與動(dòng)力系統(tǒng)研究所，浙江杭州 310027；2.上海漕涇熱電有限責(zé)任公司，上海 201507；3.浙江大學(xué) 常州工業(yè)技術(shù)研究院，江蘇常州 213022)摘要：工業(yè)園區(qū)蒸汽管網(wǎng)運(yùn)行工況多變、負(fù)荷波動(dòng)大，為保證到達(dá)各熱用戶處的蒸汽品質(zhì)，有必要對蒸汽熱網(wǎng)的運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化。以基于結(jié)構(gòu)機(jī)理模型的蒸汽熱網(wǎng)在線熱工水力計(jì)算為核心，通過在環(huán)狀蒸汽熱網(wǎng)中增設(shè)調(diào)節(jié)閥，并采用并行遺傳算法在線預(yù)測出最優(yōu)的調(diào)節(jié)閥開度，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化調(diào)節(jié)環(huán)狀蒸汽熱網(wǎng)的流動(dòng)狀態(tài)?；谏虾；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)蒸汽熱網(wǎng)系統(tǒng)的模擬計(jì)算表明：提出的方法能

2、夠提高到達(dá)熱用戶的蒸汽品質(zhì)，提高蒸汽熱網(wǎng)的運(yùn)行技術(shù)水平。關(guān)鍵詞：蒸汽管網(wǎng)；熱工水力計(jì)算；運(yùn)行優(yōu)化；并行遺傳算法中圖分類號(hào)：TK1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AOperation Optimization for Ring-shaped Industrial Heating Networks Based on Parallel Genetic AlgorithmZhao Qiong1, Guo Lai-jia2, Yu Chun-di3, Zhou Yi1, Zhong Wei1(1.Institute of Thermal Science and Power System, Zhejiang Univers

3、ity, Hangzhou, 310027, China；2. Caojing Cogeneration CO., LTD., Shanghai, 201507, China；3.Changzhou Industrial Technology Research Institute of Zhejiang University, Changzhou, 213022, China)Abstract: In industrial parks, the working conditions of steam heating networks would be changeable due to the

4、 big load fluctuation. In order to guarantee the quality of steam transported to consumers, operation optimization of steam heating networks is necessary. With the online thermal hydraulic calculation based on the structure model of ring-shaped steam heating networks at the core, flow state of steam

5、 can be optimized by adding regulating valves and using parallel genetic algorithm to calculate the best valve opening. Simulation of steam heating networks in Shanghai chemical industry park shows that the proposed method can improve the quality of steam transported to heat consumers, thus improve

6、the operation level of steam heating networks.Key Words: steam heating networks; thermal hydraulic calculation; operation optimization；parallel genetic algorithm80 引言公用蒸汽熱網(wǎng)是化工、制藥、紡織、鋼鐵等產(chǎn)業(yè)園區(qū)的重要公用基礎(chǔ)設(shè)施，是城市管網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分。蒸汽熱網(wǎng)的供熱質(zhì)量直接關(guān)系到用熱企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)過程的工藝以及生產(chǎn)的安全性問題。為提高供熱可靠性，大型工業(yè)園區(qū)供熱管網(wǎng)常采用環(huán)狀布置，并可能存在多個(gè)熱源。然而工業(yè)熱用戶用熱負(fù)荷

7、波動(dòng)較大的特點(diǎn)使環(huán)狀工業(yè)熱網(wǎng)的運(yùn)行工況組合復(fù)雜多變，特定工況組合會(huì)導(dǎo)致輸送至熱網(wǎng)遠(yuǎn)端熱用戶處的蒸汽溫度或壓力達(dá)不到合同標(biāo)準(zhǔn)，這將給供熱企業(yè)帶來合同糾紛。由于蒸汽熱網(wǎng)“被動(dòng)式”的運(yùn)行方式缺乏在線調(diào)節(jié)手段，供熱企業(yè)無法掌握主動(dòng)權(quán)，嚴(yán)重影響熱網(wǎng)對特殊工況的反應(yīng)處理能力及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。因此，有必要對大型工業(yè)蒸汽熱網(wǎng)的運(yùn)行方式進(jìn)行在線優(yōu)化調(diào)節(jié)。目前，對蒸汽管網(wǎng)的優(yōu)化主要在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段或者側(cè)重于硬件設(shè)備整改方面12，對管網(wǎng)運(yùn)行的調(diào)節(jié)優(yōu)化涉及較少。文獻(xiàn)3可以評估運(yùn)行時(shí)的管網(wǎng)狀態(tài)，且提出了一種蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化方法，然而它考慮的是經(jīng)濟(jì)性問題，卻沒有涉及供汽品質(zhì)要求。計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，使得在線實(shí)時(shí)分析計(jì)算工業(yè)熱網(wǎng)的

8、流動(dòng)狀態(tài)成為了可能。根據(jù)工業(yè)熱網(wǎng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)建立的水力計(jì)算模型以及實(shí)時(shí)采集的各熱源和回供熱用戶的蒸汽流量、溫度、壓力及熱用戶的流量參數(shù)，可在線計(jì)算熱網(wǎng)各處的理論流動(dòng)狀態(tài)及各熱用戶處的理論溫度和壓力，實(shí)現(xiàn)對工業(yè)熱網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的軟測量45。本文在此基礎(chǔ)上開展熱網(wǎng)的運(yùn)行方式優(yōu)化，通過在熱網(wǎng)中增設(shè)調(diào)節(jié)閥，并采用并行遺傳算法搜索出最優(yōu)的調(diào)節(jié)閥開度，從而優(yōu)化調(diào)度環(huán)網(wǎng)中的蒸汽流動(dòng)方向及流量，以提高到達(dá)熱用戶處的蒸汽品質(zhì)。1 蒸汽熱網(wǎng)熱工水力計(jì)算任意結(jié)構(gòu)的蒸汽熱網(wǎng)系統(tǒng)均可以抽象為由“節(jié)點(diǎn)”和“阻力區(qū)段”兩類對象所構(gòu)成的“有向流程圖”，該有向流程圖即可作為熱網(wǎng)的水動(dòng)力計(jì)算模型6。如圖1所示的多熱源環(huán)狀蒸汽熱網(wǎng)的系統(tǒng)

9、，存在流量匯集和分配的熱源、熱用戶、三通、疏水器，以及管組上的邏輯劃分點(diǎn)均被抽象為“節(jié)點(diǎn)”，兩節(jié)點(diǎn)之間的連接部分被抽象為“阻力區(qū)段”。阻力區(qū)段內(nèi)包含若干個(gè)串聯(lián)的“阻力部件”，阻力部件是指管路沿程摩擦阻力部件，或截面突變、彎頭、閥門等特殊局部阻力部件。它以準(zhǔn)確描述蒸汽熱網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，遵循基爾霍夫定律等科學(xué)定律和工作原理，細(xì)化到管徑、管材、管長、彎頭、保溫層厚度和閥的特性曲線等。圖1 工業(yè)蒸汽熱網(wǎng)系統(tǒng)簡圖圖2為上述蒸汽熱網(wǎng)系統(tǒng)所對應(yīng)的有向流程圖。設(shè)該“有向流程圖”用定義，其中為圖的節(jié)點(diǎn)集合， 為節(jié)點(diǎn)總數(shù)；為圖的阻力區(qū)段集合， ，為阻力區(qū)段總數(shù)。圖2 熱網(wǎng)水力計(jì)算有向流程圖根據(jù)管網(wǎng)水力計(jì)算理論，

10、圖內(nèi)的工質(zhì)流動(dòng)必滿足基爾霍夫第一定律和基爾霍夫第二定律。基爾霍夫第一定律也稱為“節(jié)點(diǎn)流量守恒定律”，即：任一時(shí)間段內(nèi)，流入熱網(wǎng)中任一節(jié)點(diǎn)的工質(zhì)質(zhì)量流量之和等于流出該節(jié)點(diǎn)的工質(zhì)質(zhì)量流量之和。用矩陣形式公式表示如下： （1）式中，為管網(wǎng)圖的關(guān)聯(lián)矩陣；為記錄管網(wǎng)圖中各管段內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量流量的行向量；為記錄管網(wǎng)圖中各節(jié)點(diǎn)凈質(zhì)量流量的行向量?；鶢柣舴虻诙梢卜Q為“環(huán)路能量守恒定律”，即：任意時(shí)刻，熱網(wǎng)中任一閉合環(huán)路內(nèi)，從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)間沿不同環(huán)路計(jì)算得到的阻力損失相等： （2）式中，為管網(wǎng)圖的基本回路矩陣；為記錄管網(wǎng)圖中各管段總阻力損失的行向量。根據(jù)以上定律可以求解蒸汽熱網(wǎng)中任意位置的蒸汽流動(dòng)狀態(tài)，

11、但是有向圖中任意區(qū)段的阻力壓降與其流量之間為復(fù)雜的非線性關(guān)系，難以通過聯(lián)立方程直接求解各區(qū)段的流量，因此采用迭代逼近的方法。應(yīng)用迭代逼近方法求解時(shí)，首先采用最小平方和流量分配法對熱網(wǎng)流量進(jìn)行初始分配，然后采用最大閉合差法對熱網(wǎng)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)?；谏鲜瞿Ｐ秃陀?jì)算方法所開發(fā)的蒸汽熱網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)分析系統(tǒng)（HEATNET）已被上?；@區(qū)運(yùn)用于日常的熱網(wǎng)監(jiān)控和維護(hù)中。利用提供的在線計(jì)算功能，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)連接到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫讀取熱網(wǎng)水力計(jì)算所需的相關(guān)數(shù)據(jù)，在后臺(tái)計(jì)算出熱網(wǎng)各處的流動(dòng)狀態(tài)及各熱用戶處的理論溫度和壓力，并在前端顯示78。2 運(yùn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)方法蒸汽熱網(wǎng)的運(yùn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)是指在熱網(wǎng)運(yùn)行過程中，隨著負(fù)荷波動(dòng)等熱網(wǎng)

12、運(yùn)行工況的變化，對熱網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)以提高到達(dá)熱用戶的蒸汽品質(zhì)。2.1 存在的問題在傳統(tǒng)的蒸汽熱網(wǎng)系統(tǒng)中，由于沒有任何流量調(diào)節(jié)裝置，流量的分配完全由環(huán)網(wǎng)布置和熱網(wǎng)中熱用戶的流量所決定，容易產(chǎn)生某個(gè)特定的工況組合下某個(gè)熱用戶處蒸汽品質(zhì)不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象。例如圖1所示的環(huán)狀蒸汽熱網(wǎng)中，熱用戶A在某個(gè)特定生產(chǎn)時(shí)期的用汽量較大，故其附近鋪設(shè)的是大管徑的管道，但它平時(shí)所需的蒸汽流量較小。某一時(shí)刻熱用戶A的用汽量較小，蒸汽由其兩側(cè)的管道S1、S2共同提供，且熱源R2較熱源R1的溫度高，而此時(shí)管道S1中流動(dòng)的是小流量的蒸汽，若沒有任何流量調(diào)節(jié)裝置，由于散熱，小流量蒸汽流經(jīng)大管道后溫降較大且含濕度較高，這樣到達(dá)熱用戶A處

13、的蒸汽就不達(dá)標(biāo)。2.2 調(diào)節(jié)方法為提高環(huán)狀蒸汽熱網(wǎng)的供汽品質(zhì)，需要調(diào)節(jié)管網(wǎng)中的蒸汽流動(dòng)，這就需要改變熱源供熱量分配或管網(wǎng)的阻力分布。在管網(wǎng)結(jié)構(gòu)固定，且熱源供熱量分配方式一定的工況條件下，可通過在熱網(wǎng)中增設(shè)調(diào)節(jié)閥并根據(jù)實(shí)時(shí)工況調(diào)節(jié)其開度來優(yōu)化熱網(wǎng)中的蒸汽流動(dòng)。調(diào)節(jié)閥的數(shù)量和安裝位置按以下原則確定：為保證蒸汽熱網(wǎng)每個(gè)環(huán)路可調(diào)，需要在熱網(wǎng)中安裝的最小閥門數(shù)量與熱網(wǎng)基本環(huán)路數(shù)相同。對于一個(gè)有N個(gè)節(jié)點(diǎn)和M個(gè)區(qū)段的熱網(wǎng)，其基本環(huán)路數(shù)為S=M-N+1。若要提高調(diào)節(jié)靈敏度及可靠性，可增加調(diào)節(jié)閥的數(shù)量，但這種方式會(huì)造成管網(wǎng)阻力下降，不利于節(jié)能，應(yīng)參照實(shí)際情況適當(dāng)安裝調(diào)節(jié)閥。為提高調(diào)節(jié)閥的控制靈敏度，調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝

14、在靠近熱源蒸汽出口的位置。對于復(fù)雜環(huán)路熱網(wǎng)，需保證拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上每個(gè)環(huán)路中至少有一個(gè)調(diào)節(jié)閥，即每個(gè)熱用戶處或其他蒸汽出口處的蒸汽參數(shù)都可調(diào)。閥門在運(yùn)行中并不是全開狀態(tài)，開大閥門可以減小閥門所在一側(cè)管段的阻力值，關(guān)小閥門可以增大閥門所在一側(cè)管段的阻力值，達(dá)到調(diào)節(jié)管網(wǎng)蒸汽流動(dòng)的目的。在上述情況下，關(guān)小閥門V1，增大V1所在一側(cè)管段的阻力值，則管道S1中的蒸汽流量增大，溫降和含濕度減小，這樣就提高了熱用戶A處的蒸汽品質(zhì)。對于一個(gè)復(fù)雜蒸汽環(huán)網(wǎng)，其中存在的個(gè)調(diào)節(jié)閥將有多種開度組合： （3）式中，為編號(hào)為調(diào)節(jié)閥的開度值，由于熱網(wǎng)調(diào)節(jié)的耦合性和滯后性，憑經(jīng)驗(yàn)對管網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)將很難獲得理想運(yùn)行狀態(tài)。蒸汽熱網(wǎng)模型的建

15、立，為熱網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)提供了新的思路。3 基于并行遺傳算法的運(yùn)行優(yōu)化為得出理想的蒸汽熱網(wǎng)調(diào)節(jié)方案，利用熱網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)分析系統(tǒng)HEATNET的在線熱工水力計(jì)算功能，對安裝在熱網(wǎng)中的調(diào)節(jié)閥在各種開度下的全網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)模擬，從而搜索出最優(yōu)的調(diào)節(jié)閥開度方案。安裝在蒸汽熱網(wǎng)中的多個(gè)調(diào)節(jié)閥存在多種開度組合，隨著調(diào)節(jié)閥個(gè)數(shù)的增加，開度組合的數(shù)目將呈指數(shù)增長，為加快搜索速度，本文利用并行遺傳算法9搜索得出理想的調(diào)節(jié)閥開度優(yōu)化方案。3.1 適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)計(jì)蒸汽熱網(wǎng)優(yōu)化的目標(biāo)是使得到達(dá)各熱用戶處的蒸汽品質(zhì)達(dá)標(biāo)，蒸汽品質(zhì)包括蒸汽溫度和蒸汽壓力。由于管網(wǎng)安全是供汽品質(zhì)達(dá)標(biāo)的重要前提10，因此將管段蒸汽流速也引入目標(biāo)函數(shù)。

16、算法的目標(biāo)函數(shù)為：s.t. （4）式中，為優(yōu)化的綜合指標(biāo)，為熱用戶數(shù)，為區(qū)段數(shù)，為調(diào)節(jié)閥的開度組合，為調(diào)節(jié)閥個(gè)數(shù)，為允許的調(diào)節(jié)閥最小開度，、分別為蒸汽溫度、蒸汽壓力、蒸汽流速以及閥門開度的重要性權(quán)值，、分別表示與理想蒸汽品質(zhì)相比的相對蒸汽溫度偏差、相對壓力偏差和相對流速偏差： （5） （6） （7）式中，、分別為熱用戶所期望的蒸汽溫度能夠達(dá)到的最低值和最高值，、分別為熱用戶所期望的蒸汽壓力能夠達(dá)到的最低值和最高值，為管段中的實(shí)際蒸汽流速，為允許的最小流速。表明運(yùn)行工況優(yōu)劣的適應(yīng)度函數(shù)定義為： （8）為適應(yīng)度函數(shù)值。3.2 遺傳算法的并行框架基于遺傳算法的調(diào)節(jié)閥開度、熱源負(fù)荷分配方案優(yōu)化需要依賴

17、大規(guī)模的計(jì)算，因此本文在進(jìn)行在線優(yōu)化時(shí)采取并行計(jì)算或云計(jì)算的方式，以減少計(jì)算時(shí)間，保證基于遺傳算法的在線優(yōu)化結(jié)果能及時(shí)作用于熱網(wǎng)。由于全網(wǎng)蒸汽狀態(tài)的計(jì)算是個(gè)復(fù)雜漫長的過程，即適應(yīng)度函數(shù)值計(jì)算復(fù)雜，故采用主從式并行模型11。它不改變算法的基本結(jié)構(gòu)，只有一個(gè)群體，全局操作由主計(jì)算機(jī)串行進(jìn)行，而適應(yīng)度的計(jì)算和評價(jià)由各從計(jì)算機(jī)并行執(zhí)行。算法平臺(tái)的并行架構(gòu)如圖3所示。圖3 并行優(yōu)化平臺(tái)架構(gòu)利用數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)表示閥門開度的個(gè)體和個(gè)體適應(yīng)度值數(shù)據(jù)，其中個(gè)體為條件，適應(yīng)度值為計(jì)算結(jié)果。一臺(tái)主計(jì)算機(jī)OptiServer用于運(yùn)行遺傳算法主程序。有若干臺(tái)從計(jì)算機(jī)OptiAgent，用來計(jì)算個(gè)體的適應(yīng)度值。GA主程序在并

18、行計(jì)算時(shí)的主要工作有：產(chǎn)生表示閥門開度的若干個(gè)體；將產(chǎn)生的個(gè)體裝入數(shù)據(jù)庫；讀取計(jì)算得到的個(gè)體適應(yīng)度值；執(zhí)行選擇、交叉、變異等進(jìn)化操作。各OptiAgent在并行計(jì)算時(shí)的主要工作有：從數(shù)據(jù)庫抓取個(gè)體，為防止個(gè)體被重復(fù)抓取，對被抓取的個(gè)體作一個(gè)標(biāo)記；計(jì)算個(gè)體的適應(yīng)度值（通過管網(wǎng)機(jī)理模型HEATNET）；將得出的適應(yīng)度值寫入數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)的位置；若數(shù)據(jù)庫中存在未被抓取的個(gè)體，則繼續(xù)抓取個(gè)體并計(jì)算。算法的執(zhí)行流程如圖4所示。圖4 并行優(yōu)化算法流程圖3.3 遺傳算法的具體實(shí)現(xiàn)采用遺傳算法對蒸汽管網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化，具體包括以下步驟：步驟1：設(shè)定全局變量 設(shè)定種群數(shù)、交叉概率、變異概率。步驟2：種群的產(chǎn)生及

19、初始化（1）編碼：為了避免二進(jìn)制編碼存在的編碼冗余和產(chǎn)生非法解的問題，本文采用整數(shù)編碼方式。假設(shè)管網(wǎng)有個(gè)調(diào)節(jié)閥，種可能的閥門開度值，這種可能的開度值按照從小到大順序依次用整數(shù)對應(yīng)表示為1，2，3，4，這樣個(gè)調(diào)節(jié)閥的開度就用個(gè)整數(shù)表示，這個(gè)整數(shù)構(gòu)成一個(gè)染色體個(gè)體：，（8）每個(gè)染色體代表熱網(wǎng)的一種閥門調(diào)節(jié)方案。（2）產(chǎn)生初始化種群初始化種群是遺傳進(jìn)化的基礎(chǔ)，這里主計(jì)算機(jī)產(chǎn)生由個(gè)染色體組成的初始化種群，然后將所有個(gè)體裝入數(shù)據(jù)庫。 步驟3：適應(yīng)度函數(shù)評估 適應(yīng)度函數(shù)的評估是選擇操作的依據(jù)。各從計(jì)算機(jī)存有管網(wǎng)機(jī)理模型，它不斷地輪詢數(shù)據(jù)庫，抓取未計(jì)算適應(yīng)度且未被其它從計(jì)算機(jī)領(lǐng)取的個(gè)體，將個(gè)體的整數(shù)表示解碼

20、為閥門的開度值后代入管網(wǎng)模型計(jì)算全網(wǎng)蒸汽狀態(tài)，然后根據(jù)式（8）確定種群中每一個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度函數(shù)值，并反饋給數(shù)據(jù)庫。步驟4：進(jìn)化操作當(dāng)所有個(gè)體的適應(yīng)度計(jì)算完畢，主計(jì)算機(jī)從數(shù)據(jù)庫中讀取各個(gè)體的適應(yīng)度值，再執(zhí)行進(jìn)行操作，具體包括：（1）選擇操作 采用輪盤賭策略。選出的個(gè)個(gè)體組成交叉操作的父代群體。（2）交叉采用單點(diǎn)交叉法對父代群體進(jìn)行交叉操作。根據(jù)交叉概率選出需要交叉的父代個(gè)體，沒有被選中的個(gè)體直接進(jìn)入交叉后的群體。對選出的個(gè)體進(jìn)行兩兩配對，若最后一個(gè)沒有與之配對的個(gè)體則直接進(jìn)入交叉后的群體。隨機(jī)選定交叉點(diǎn)。隨機(jī)生成的整數(shù)，如果生成的整數(shù)為，則用于交叉配對的個(gè)體均在第個(gè)基因座處進(jìn)行交叉，配對個(gè)體互換

21、第個(gè)基因座后的全部基因，即交換兩個(gè)個(gè)體的后個(gè)開度，生成的個(gè)體進(jìn)入交叉后的群體。（3）變異 采用單點(diǎn)變異法對父代群體進(jìn)行變異操作。生成之間的隨機(jī)數(shù)序列，其中；對群體中所有基因位進(jìn)行編號(hào)1，2，；若，則對編號(hào)為的基因進(jìn)行變異，變異的基因從種調(diào)節(jié)閥開度對應(yīng)的整數(shù)表示中隨機(jī)確定。（4）新種群的產(chǎn)生主計(jì)算機(jī)經(jīng)過上述選擇、交叉和變異，完成了新一代進(jìn)化過程，產(chǎn)生了新的種群。步驟5：進(jìn)化過程結(jié)束主計(jì)算機(jī)將新產(chǎn)生的種群裝入數(shù)據(jù)庫，然后采用上述相同的進(jìn)化方法，重復(fù)步驟3步驟4，一代一代進(jìn)化，直至設(shè)定的終止代數(shù)或相鄰若干代種群的平均適應(yīng)度函數(shù)值變化很小，此時(shí)得到的群體即為優(yōu)化群體，取群體中的最好個(gè)體即為閥門開度的最

22、優(yōu)解。4 模擬驗(yàn)證上?；@區(qū)熱網(wǎng)呈復(fù)雜環(huán)狀，采用多熱源協(xié)同供熱。熱網(wǎng)中共有大漕涇、小漕涇和應(yīng)急鍋爐 3 個(gè)熱源以及HPS、高化苯酚、巴斯夫、工業(yè)氣體、拜耳、拜耳二期、SBPC、中石化三井等熱用戶。圖5為針對上?；@區(qū)蒸汽熱網(wǎng)建立的熱網(wǎng)機(jī)理模型。為實(shí)現(xiàn)環(huán)狀蒸汽熱網(wǎng)供汽品質(zhì)的在線優(yōu)化調(diào)節(jié)，在圖中兩標(biāo)示位置處各安裝一個(gè)調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥開度可為10%，15%，20%，100%。圖5 上?；@區(qū)蒸汽熱網(wǎng)模型在線優(yōu)化系統(tǒng)采用6臺(tái)計(jì)算機(jī)組成并行計(jì)算平臺(tái)，其中1臺(tái)為主計(jì)算機(jī)，5臺(tái)為用于計(jì)算適應(yīng)度值的從計(jì)算機(jī)。優(yōu)化計(jì)算間隔設(shè)為10min，管理人員可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定計(jì)算頻率。遺傳算法設(shè)置種群數(shù)為10，交叉概率

23、0.8，變異概率0.05，最大進(jìn)化代數(shù)為30。表1 驗(yàn)證工況下熱源和熱用戶數(shù)據(jù)熱源或熱用戶流量/t·h溫度/壓力/Mpa熱源大漕涇0.00 -小漕涇80.40 279.49 4.43 應(yīng)急鍋爐0.00 -熱用戶HPS13.86 高化苯酚49.32 巴斯夫回供19.86 318.25 4.45 工業(yè)氣體回供10.20 283.17 4.53 拜耳18.01 拜耳二期16.58 SBPC4.53 中石化三井3.36 在表1所示的工況下，大漕涇與應(yīng)急鍋爐沒有參與供熱，熱用戶巴斯夫與工業(yè)氣體為反供蒸汽熱用戶，其余熱用戶為使用蒸汽熱用戶。表2 調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的熱用戶計(jì)算數(shù)據(jù)熱用戶項(xiàng)目期望值計(jì)算值

24、HPS壓力/Mpa44.54.34溫度/252290274.768高化苯酚壓力/Mpa44.44.26溫度/253273271.392拜耳壓力/Mpa44.54.43溫度/273264.023拜耳二期壓力/Mpa44.54.43溫度/273280273.402SBPC壓力/Mpa44.54.43溫度/252290263.811中石化三井壓力/Mpa44.44.26溫度/253273271.976該工況下，熱用戶拜耳處的蒸汽溫度不達(dá)標(biāo)，經(jīng)分析造成溫度不達(dá)標(biāo)的原因是：該熱用戶處鋪設(shè)的管道為按照大流量工況設(shè)計(jì)的大管徑管道，小流量蒸汽通過該管道引起了較大的溫降。此時(shí)兩個(gè)閥門均處于全開狀態(tài)。系統(tǒng)采取主動(dòng)

25、優(yōu)化措施，運(yùn)行約5min得到最優(yōu)策略：，。在線優(yōu)化后各熱用戶處的溫度和壓力計(jì)算值如表3所示。通過調(diào)節(jié)，熱用戶拜耳處的蒸汽溫度達(dá)標(biāo)，且其它熱用戶的供汽品質(zhì)也在合同要求范圍內(nèi)。表3 在線優(yōu)化后的熱用戶計(jì)算數(shù)據(jù)熱用戶項(xiàng)目期望值計(jì)算值HPS壓力/Mpa44.54.30溫度/252290269.735高化苯酚壓力/Mpa44.44.26溫度/253273268.732拜耳壓力/Mpa44.54.44溫度/273273.136拜耳二期壓力/Mpa44.54.43溫度/273280276.522SBPC壓力/Mpa44.54.43溫度/252290260.308中石化三井壓力/Mpa44.44.33溫度/253273272.4955 結(jié)論針對大型工業(yè)園區(qū)復(fù)雜環(huán)狀蒸汽熱網(wǎng)供汽品質(zhì)不達(dá)標(biāo)的問題，提出一種基于并行遺傳算法的蒸汽管網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化方法。通過在熱網(wǎng)中增設(shè)調(diào)節(jié)閥，利用并行遺傳算法在線得到理想的調(diào)節(jié)閥開度優(yōu)化方案，從而改變環(huán)狀熱網(wǎng)中的蒸汽流量分配和流動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了不同實(shí)時(shí)工況下環(huán)狀蒸汽熱網(wǎng)供汽品質(zhì)的優(yōu)化?；?/p>