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惠言達寄語：

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55.34.8.110.0030
59.34.9.024.2050
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40.61.9.014.0303
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7P.26.9.000.1015
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造紙企業(yè)主要用能為電和蒸汽，除采用工藝改造節(jié)能外，實現(xiàn)合理用電用汽成為節(jié)能的主要措施。大部分的造紙企業(yè)能耗較高的一個重要原因是在能量利用的過程中缺乏有效的監(jiān)測、分析和優(yōu)化。因此，許多造紙企業(yè)試圖探索運用信息化手段解決造紙工業(yè)當(dāng)前節(jié)能降耗的問題[1]。大部分大型造紙企業(yè)都自備熱電廠，熱電廠是造紙企業(yè)的能源轉(zhuǎn)換單元，它為造紙企業(yè)提供生產(chǎn)用能（包括電和蒸汽）。電能和熱能聯(lián)合生產(chǎn)稱為熱電聯(lián)產(chǎn)，造紙企業(yè)熱電廠都以熱電聯(lián)產(chǎn)的方式運行。造紙企業(yè)熱電廠汽輪機是在保證抽汽量的前提下再調(diào)整發(fā)電量，而且造紙廠存在用汽波動大、用汽不確定等因素，其運行方式與熱電廠有差別。例如：化學(xué)制漿間歇蒸煮，在蒸煮升溫階段，蒸汽消耗量很大，而在保溫、噴放和裝料階段，蒸汽用量較少；當(dāng)紙機生產(chǎn)正常時，蒸汽使用量比較穩(wěn)定，但是當(dāng)紙機斷紙時，蒸汽用量幾乎為零；有些用汽波動是可以預(yù)測的，如制漿蒸煮用汽；有些是不可以預(yù)測的，如紙機斷紙后需要停止用汽。雖然大型電廠和部分熱電廠配備負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)[2～9]，但是，還沒有相關(guān)文獻對根據(jù)造紙企業(yè)用汽特點建立負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的研究進行過報道。目前操作人員主要根據(jù)經(jīng)驗實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，具有很大的局限性。因此，必須結(jié)合企業(yè)用汽特點，進一步研究汽輪機運行過程中的熱經(jīng)濟性并在不同機組間合理的分配負(fù)荷，建立負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能降耗。本文以某造紙企業(yè)熱電廠為背景，以該企業(yè)已建成的全廠能量系統(tǒng)信息平臺為基礎(chǔ)[1]，利用平臺提供的強大的數(shù)據(jù)集成功能，采集企業(yè)的實時生產(chǎn)和管理信息，根據(jù)造紙企業(yè)熱電廠實際情況，設(shè)計開發(fā)了一套汽輪機組負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)。通過本系統(tǒng)，熱電生產(chǎn)人員可以看到制漿、造紙各用汽、用電終端的實時生產(chǎn)情況。當(dāng)終端用汽量變化時，可重新計算出每臺汽輪機的負(fù)荷分配參數(shù)，指導(dǎo)生產(chǎn)人員進行在線優(yōu)化。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)是在已建成的造紙企業(yè)全廠能量系統(tǒng)信息平臺的基礎(chǔ)上開發(fā)[1]，主體部分采用美國通用電氣(GE)公司智能平臺軟件搭建。如圖1所示，系統(tǒng)分為顯示層、優(yōu)化計算層，數(shù)據(jù)存儲層[10]。系統(tǒng)的實現(xiàn)基于以下軟件：(1)Visualstudio.NET2008——機組負(fù)荷優(yōu)化分配求解器采用VC++編程語言基于混合整數(shù)線性規(guī)劃方法開發(fā)；數(shù)學(xué)模型修正模塊采用VC++中利用小二乘法擬合各機組的汽耗特性。(2)MicrosoftSQLServer2005——作為數(shù)據(jù)存儲中間層，在的表里存儲進行單位換算、分組等預(yù)處理后的實時數(shù)據(jù)、優(yōu)化結(jié)果及其他外部系統(tǒng)的用電、用汽需求等信息，作為優(yōu)化系統(tǒng)與其他系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互的媒介。(3)GEiFix——搭建汽輪機組負(fù)荷分配系統(tǒng)。(4)GEProficyHistorian——存儲DCS實時數(shù)據(jù)。系統(tǒng)通過OPC協(xié)議采集熱電廠實時數(shù)據(jù)并存儲iHistorian。部分實時數(shù)據(jù)進行單位換算、分組等預(yù)處理后存入SQL數(shù)據(jù)庫。優(yōu)化層模型求解模塊基于VC++開發(fā)，與數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互，是優(yōu)化系統(tǒng)的核心模塊。人機界面由iFix開發(fā)，運行時由iFix調(diào)用模型求解模塊進行計算，計算時先從iHistorian讀取實時數(shù)據(jù)，然后讀取SQL數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)學(xué)模型系數(shù)計算，計算結(jié)果由iFix顯示并存入SQL數(shù)據(jù)庫。優(yōu)化結(jié)果及其他設(shè)備信息存入SQLServer2005關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

2機組負(fù)荷分配優(yōu)化計算某大型紙廠配備外供熱量300萬GJ的生產(chǎn)能力的熱電分廠，有2臺容量為50MW的一次調(diào)節(jié)抽汽凝汽式汽輪機機組。汽輪機的部分抽汽除用于該公司的造紙、制漿等生產(chǎn)過程外，部分外供其他單位。汽輪機組發(fā)電除供自用電和制漿、造紙及輔助系統(tǒng)外，剩余部分上網(wǎng)向外供電，其熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)如圖2所示。

2.1負(fù)荷分配優(yōu)化模型該熱電廠為造紙生產(chǎn)過程提供中壓蒸汽和電能，汽輪機包括2臺抽汽凝汽式汽輪機。造紙廠所有DCS數(shù)據(jù)通過OPC存儲iHistorian數(shù)據(jù)庫。建模時從iHistorian數(shù)據(jù)庫讀取熱電廠三個月的歷史數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)時間間隔為1h，共讀取2160個數(shù)據(jù)，讀取的數(shù)據(jù)有：進汽流量、進汽溫度、進汽壓力、抽汽流量、抽汽溫度、抽汽壓力、發(fā)電量，去除476個不正常的開停機數(shù)據(jù)。為了更直觀地反映汽輪機特性，計算出進汽量、抽汽量的焓值，由流量乘以焓值計算出進汽量、抽汽量、發(fā)電量的能量值（kJ），將單位統(tǒng)一為能量值后建模。利用Matlab軟件對#1汽輪機進汽量、抽汽量、發(fā)電量的能量值之間的關(guān)系作圖，如圖3所示。從圖中可以看出，機組實際運行數(shù)據(jù)大致呈線性關(guān)系。但也可以發(fā)現(xiàn)，以一個數(shù)學(xué)模型表示汽輪機運行特性誤差較大，其原因是汽輪機在不同進汽量下熱電轉(zhuǎn)換效率不同，為提高模型精度，本文按不同進汽量進行分段建模。為了在滿足制漿造紙生產(chǎn)過程的熱能和電能需求前提下實現(xiàn)系統(tǒng)燃料消耗量小的目標(biāo)，本文根據(jù)前面建立的優(yōu)化模型結(jié)合實際運行情況及運行數(shù)據(jù)，建立該系統(tǒng)的優(yōu)化模型。

2.2優(yōu)化模型的求解線性規(guī)劃是應(yīng)用廣泛的優(yōu)化技術(shù)之一，也可以說是一種有效的優(yōu)化技術(shù)。線性規(guī)劃法是解決多變量優(yōu)決策的方法，是在各種相互關(guān)聯(lián)的多變量約束條件下，求解一個對象的線性目標(biāo)函數(shù)優(yōu)的問題。目前，求解線性規(guī)劃的求解器有很多，比較有名的如：GAMS，Lingo等商業(yè)軟件，但是價格昂貴，會大大提高系統(tǒng)成本且不易集成，所以本系統(tǒng)采用VC++調(diào)用開源的LP-Solve線性規(guī)劃動態(tài)鏈接庫進行求解。如圖4所示，iFix從iHistorian讀取實時或歷史數(shù)據(jù)后調(diào)用模型求解模塊進行求解，求解后將優(yōu)化結(jié)果存入SQL數(shù)據(jù)庫。

3系統(tǒng)的應(yīng)用

系統(tǒng)采用iFix做界面，它提供了面向?qū)ο蟮目梢暬幊碳夹g(shù)，支持VBA語言編寫相關(guān)程序，提高了開發(fā)效率。依據(jù)系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)分為運行優(yōu)化、模型校正、實時運行、模擬運行、歷史趨勢五部分，其中運行優(yōu)化和模型校正是系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)的主優(yōu)化界面如圖5所示。通過本系統(tǒng)，熱電生產(chǎn)人員可以看到制漿、造紙各用汽、用電終端的實時生產(chǎn)情況，當(dāng)制漿、造紙熱、電負(fù)荷變化時，在滿足發(fā)電與供熱需求的前提下，系統(tǒng)以總蒸汽消耗量小為目標(biāo)函數(shù)實現(xiàn)優(yōu)化。如圖6、圖7所示，圖上方顯示優(yōu)化前的實時運行數(shù)據(jù)，下方顯示的是優(yōu)化后的指導(dǎo)數(shù)據(jù)。可以看出優(yōu)化前后總抽汽量、總發(fā)電量沒有變化，優(yōu)化分配后總蒸汽消耗量明顯降低。

4結(jié)論

本系統(tǒng)實現(xiàn)了不同系統(tǒng)之間的有效集成，當(dāng)制漿、造紙等終端用汽用電情況發(fā)生變化時，系統(tǒng)在滿足終端用汽用電前提下指導(dǎo)操作人員合理分配汽輪機負(fù)荷，使造紙企業(yè)能耗降低、效益提高；也可以對汽輪機組進行遠(yuǎn)程監(jiān)控，便于中心調(diào)度人員查看汽輪機實時運行數(shù)據(jù)，指導(dǎo)調(diào)度人員發(fā)出合理調(diào)度指令。

11.41.8.230.0000
56.32.9.012.0000
39.51.0.006.0060
65.61.9.060.0000
22.34.0.230.4320
65.31.8.110.0309
30.22.9.012.0000
99.01.0.230.08
49.52.8.230.5042
99.80.0.230.09
48.52.9.012.0050
56.25
48.52.7.048.0050
56.34.9.012.0040
55.14.8.230.5000
62.82.9.024.0070
07F.25
22.32.0.230.4440
11.42.8.230.0000
50.12.9.012.4000
55.32.9.220.0040
7F.70.9.024.3100
7E.46.8.400.0002
20.21.8.240.4000
39.30.3.125.9024
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20.24
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40.31.9.009.0000
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56.32.8.230.0054
65.31.8.024.0300
38.51.7.012.5050
40.52.9.060.5000
34.51.7.005.0000
49.72.8.024.0062
93.66.3.125
87.61.0.240.0000
49.61.8.230.4060
55.33.9.220.5010
94.56
38.52.8.230.0060
40.61.7.005.0000
77.31.9.024.8071
39.00.7.012.9024
56.44.9.024.2000
40.51.9.006.0000
38.51.7.024.5050
7T.81.0.000.2301
93.51.3.240
94.24.0
72.501

造紙企業(yè)主要用能為電和蒸汽，除采用工藝改造節(jié)能外，實現(xiàn)合理用電用汽成為節(jié)能的主要措施。大部分的造紙企業(yè)能耗較高的一個重要原因是在能量利用的過程中缺乏有效的監(jiān)測、分析和優(yōu)化。因此，許多造紙企業(yè)試圖探索運用信息化手段解決造紙工業(yè)當(dāng)前節(jié)能降耗的問題[1]。大部分大型造紙企業(yè)都自備熱電廠，熱電廠是造紙企業(yè)的能源轉(zhuǎn)換單元，它為造紙企業(yè)提供生產(chǎn)用能（包括電和蒸汽）。電能和熱能聯(lián)合生產(chǎn)稱為熱電聯(lián)產(chǎn)，造紙企業(yè)熱電廠都以熱電聯(lián)產(chǎn)的方式運行。造紙企業(yè)熱電廠汽輪機是在保證抽汽量的前提下再調(diào)整發(fā)電量，而且造紙廠存在用汽波動大、用汽不確定等因素，其運行方式與熱電廠有差別。例如：化學(xué)制漿間歇蒸煮，在蒸煮升溫階段，蒸汽消耗量很大，而在保溫、噴放和裝料階段，蒸汽用量較少；當(dāng)紙機生產(chǎn)正常時，蒸汽使用量比較穩(wěn)定，但是當(dāng)紙機斷紙時，蒸汽用量幾乎為零；有些用汽波動是可以預(yù)測的，如制漿蒸煮用汽；有些是不可以預(yù)測的，如紙機斷紙后需要停止用汽。雖然大型電廠和部分熱電廠配備負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)[2～9]，但是，還沒有相關(guān)文獻對根據(jù)造紙企業(yè)用汽特點建立負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的研究進行過報道。目前操作人員主要根據(jù)經(jīng)驗實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，具有很大的局限性。因此，必須結(jié)合企業(yè)用汽特點，進一步研究汽輪機運行過程中的熱經(jīng)濟性并在不同機組間合理的分配負(fù)荷，建立負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能降耗。本文以某造紙企業(yè)熱電廠為背景，以該企業(yè)已建成的全廠能量系統(tǒng)信息平臺為基礎(chǔ)[1]，利用平臺提供的強大的數(shù)據(jù)集成功能，采集企業(yè)的實時生產(chǎn)和管理信息，根據(jù)造紙企業(yè)熱電廠實際情況，設(shè)計開發(fā)了一套汽輪機組負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)。通過本系統(tǒng)，熱電生產(chǎn)人員可以看到制漿、造紙各用汽、用電終端的實時生產(chǎn)情況。當(dāng)終端用汽量變化時，可重新計算出每臺汽輪機的負(fù)荷分配參數(shù)，指導(dǎo)生產(chǎn)人員進行在線優(yōu)化。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)是在已建成的造紙企業(yè)全廠能量系統(tǒng)信息平臺的基礎(chǔ)上開發(fā)[1]，主體部分采用美國通用電氣(GE)公司智能平臺軟件搭建。如圖1所示，系統(tǒng)分為顯示層、優(yōu)化計算層，數(shù)據(jù)存儲層[10]。系統(tǒng)的實現(xiàn)基于以下軟件：(1)Visualstudio.NET2008——機組負(fù)荷優(yōu)化分配求解器采用VC++編程語言基于混合整數(shù)線性規(guī)劃方法開發(fā)；數(shù)學(xué)模型修正模塊采用VC++中利用小二乘法擬合各機組的汽耗特性。(2)MicrosoftSQLServer2005——作為數(shù)據(jù)存儲中間層，在的表里存儲進行單位換算、分組等預(yù)處理后的實時數(shù)據(jù)、優(yōu)化結(jié)果及其他外部系統(tǒng)的用電、用汽需求等信息，作為優(yōu)化系統(tǒng)與其他系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互的媒介。(3)GEiFix——搭建汽輪機組負(fù)荷分配系統(tǒng)。(4)GEProficyHistorian——存儲DCS實時數(shù)據(jù)。系統(tǒng)通過OPC協(xié)議采集熱電廠實時數(shù)據(jù)并存儲iHistorian。部分實時數(shù)據(jù)進行單位換算、分組等預(yù)處理后存入SQL數(shù)據(jù)庫。優(yōu)化層模型求解模塊基于VC++開發(fā)，與數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互，是優(yōu)化系統(tǒng)的核心模塊。人機界面由iFix開發(fā)，運行時由iFix調(diào)用模型求解模塊進行計算，計算時先從iHistorian讀取實時數(shù)據(jù)，然后讀取SQL數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)學(xué)模型系數(shù)計算，計算結(jié)果由iFix顯示并存入SQL數(shù)據(jù)庫。優(yōu)化結(jié)果及其他設(shè)備信息存入SQLServer2005關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

2機組負(fù)荷分配優(yōu)化計算某大型紙廠配備外供熱量300萬GJ的生產(chǎn)能力的熱電分廠，有2臺容量為50MW的一次調(diào)節(jié)抽汽凝汽式汽輪機機組。汽輪機的部分抽汽除用于該公司的造紙、制漿等生產(chǎn)過程外，部分外供其他單位。汽輪機組發(fā)電除供自用電和制漿、造紙及輔助系統(tǒng)外，剩余部分上網(wǎng)向外供電，其熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)如圖2所示。

2.1負(fù)荷分配優(yōu)化模型該熱電廠為造紙生產(chǎn)過程提供中壓蒸汽和電能，汽輪機包括2臺抽汽凝汽式汽輪機。造紙廠所有DCS數(shù)據(jù)通過OPC存儲iHistorian數(shù)據(jù)庫。建模時從iHistorian數(shù)據(jù)庫讀取熱電廠三個月的歷史數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)時間間隔為1h，共讀取2160個數(shù)據(jù)，讀取的數(shù)據(jù)有：進汽流量、進汽溫度、進汽壓力、抽汽流量、抽汽溫度、抽汽壓力、發(fā)電量，去除476個不正常的開停機數(shù)據(jù)。為了更直觀地反映汽輪機特性，計算出進汽量、抽汽量的焓值，由流量乘以焓值計算出進汽量、抽汽量、發(fā)電量的能量值（kJ），將單位統(tǒng)一為能量值后建模。利用Matlab軟件對#1汽輪機進汽量、抽汽量、發(fā)電量的能量值之間的關(guān)系作圖，如圖3所示。從圖中可以看出，機組實際運行數(shù)據(jù)大致呈線性關(guān)系。但也可以發(fā)現(xiàn)，以一個數(shù)學(xué)模型表示汽輪機運行特性誤差較大，其原因是汽輪機在不同進汽量下熱電轉(zhuǎn)換效率不同，為提高模型精度，本文按不同進汽量進行分段建模。為了在滿足制漿造紙生產(chǎn)過程的熱能和電能需求前提下實現(xiàn)系統(tǒng)燃料消耗量小的目標(biāo)，本文根據(jù)前面建立的優(yōu)化模型結(jié)合實際運行情況及運行數(shù)據(jù)，建立該系統(tǒng)的優(yōu)化模型。

2.2優(yōu)化模型的求解線性規(guī)劃是應(yīng)用廣泛的優(yōu)化技術(shù)之一，也可以說是一種有效的優(yōu)化技術(shù)。線性規(guī)劃法是解決多變量優(yōu)決策的方法，是在各種相互關(guān)聯(lián)的多變量約束條件下，求解一個對象的線性目標(biāo)函數(shù)優(yōu)的問題。目前，求解線性規(guī)劃的求解器有很多，比較有名的如：GAMS，Lingo等商業(yè)軟件，但是價格昂貴，會大大提高系統(tǒng)成本且不易集成，所以本系統(tǒng)采用VC++調(diào)用開源的LP-Solve線性規(guī)劃動態(tài)鏈接庫進行求解。如圖4所示，iFix從iHistorian讀取實時或歷史數(shù)據(jù)后調(diào)用模型求解模塊進行求解，求解后將優(yōu)化結(jié)果存入SQL數(shù)據(jù)庫。

3系統(tǒng)的應(yīng)用

系統(tǒng)采用iFix做界面，它提供了面向?qū)ο蟮目梢暬幊碳夹g(shù)，支持VBA語言編寫相關(guān)程序，提高了開發(fā)效率。依據(jù)系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)分為運行優(yōu)化、模型校正、實時運行、模擬運行、歷史趨勢五部分，其中運行優(yōu)化和模型校正是系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)的主優(yōu)化界面如圖5所示。通過本系統(tǒng)，熱電生產(chǎn)人員可以看到制漿、造紙各用汽、用電終端的實時生產(chǎn)情況，當(dāng)制漿、造紙熱、電負(fù)荷變化時，在滿足發(fā)電與供熱需求的前提下，系統(tǒng)以總蒸汽消耗量小為目標(biāo)函數(shù)實現(xiàn)優(yōu)化。如圖6、圖7所示，圖上方顯示優(yōu)化前的實時運行數(shù)據(jù)，下方顯示的是優(yōu)化后的指導(dǎo)數(shù)據(jù)。可以看出優(yōu)化前后總抽汽量、總發(fā)電量沒有變化，優(yōu)化分配后總蒸汽消耗量明顯降低。

4結(jié)論

本系統(tǒng)實現(xiàn)了不同系統(tǒng)之間的有效集成，當(dāng)制漿、造紙等終端用汽用電情況發(fā)生變化時，系統(tǒng)在滿足終端用汽用電前提下指導(dǎo)操作人員合理分配汽輪機負(fù)荷，使造紙企業(yè)能耗降低、效益提高；也可以對汽輪機組進行遠(yuǎn)程監(jiān)控，便于中心調(diào)度人員查看汽輪機實時運行數(shù)據(jù)，指導(dǎo)調(diào)度人員發(fā)出合理調(diào)度指令。

95.85.30
36.11.9.006.4001
39.81.0.024.0060
55.13.9.024.0000
56.34.9.060.0074
22.23.8.012.4000
49.52.8.024.0062
46.61.9.024.4040
34.51.7.005.0010
60.13.4.032.0040
60.13.8.230.5040
60.12.8.230.5250
7T.91.8.230.3040
48.31.8.230.0060
49.31.9.024.2050
7T.91.0.000.1308
62.82.8.230.4300
18.31.0.024.0300
62.33.9.024.0600
22.23.8.048.4000
55.14.8.024.5000
27.05.8.230.0000
39.30.7.220.9024
93.01
66.22.9.024.1300
7E.16.8.230.0010
55.34.8.024.5054
46.52.8.230.5054
49.61.8.120.0060
40.52.8.230.0003
26.04.8.024.0000
20.28.8.024.4000
60.12.9.024.5270
60.13.9.220.2040
22.34.0.024.1320
40.52.8.230.0301
55.34.9.048.0040
60.12.8.230.5040
43.61.9.048.2300
60.13.8.048.0054
40.52.6.110.0000
40.51.9.024.5000
7H.12.8.230.1475
40.52.7.125.0000
55.32.8.240.0050
40.61.8.230.4300
99.02.0.230.59
90.21.0
62.82.9.024.0309
93.01.0.060
15.51.8.230.0404
40.52.8.120.0001

造紙企業(yè)主要用能為電和蒸汽，除采用工藝改造節(jié)能外，實現(xiàn)合理用電用汽成為節(jié)能的主要措施。大部分的造紙企業(yè)能耗較高的一個重要原因是在能量利用的過程中缺乏有效的監(jiān)測、分析和優(yōu)化。因此，許多造紙企業(yè)試圖探索運用信息化手段解決造紙工業(yè)當(dāng)前節(jié)能降耗的問題[1]。大部分大型造紙企業(yè)都自備熱電廠，熱電廠是造紙企業(yè)的能源轉(zhuǎn)換單元，它為造紙企業(yè)提供生產(chǎn)用能（包括電和蒸汽）。電能和熱能聯(lián)合生產(chǎn)稱為熱電聯(lián)產(chǎn)，造紙企業(yè)熱電廠都以熱電聯(lián)產(chǎn)的方式運行。造紙企業(yè)熱電廠汽輪機是在保證抽汽量的前提下再調(diào)整發(fā)電量，而且造紙廠存在用汽波動大、用汽不確定等因素，其運行方式與熱電廠有差別。例如：化學(xué)制漿間歇蒸煮，在蒸煮升溫階段，蒸汽消耗量很大，而在保溫、噴放和裝料階段，蒸汽用量較少；當(dāng)紙機生產(chǎn)正常時，蒸汽使用量比較穩(wěn)定，但是當(dāng)紙機斷紙時，蒸汽用量幾乎為零；有些用汽波動是可以預(yù)測的，如制漿蒸煮用汽；有些是不可以預(yù)測的，如紙機斷紙后需要停止用汽。雖然大型電廠和部分熱電廠配備負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)[2～9]，但是，還沒有相關(guān)文獻對根據(jù)造紙企業(yè)用汽特點建立負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的研究進行過報道。目前操作人員主要根據(jù)經(jīng)驗實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，具有很大的局限性。因此，必須結(jié)合企業(yè)用汽特點，進一步研究汽輪機運行過程中的熱經(jīng)濟性并在不同機組間合理的分配負(fù)荷，建立負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能降耗。本文以某造紙企業(yè)熱電廠為背景，以該企業(yè)已建成的全廠能量系統(tǒng)信息平臺為基礎(chǔ)[1]，利用平臺提供的強大的數(shù)據(jù)集成功能，采集企業(yè)的實時生產(chǎn)和管理信息，根據(jù)造紙企業(yè)熱電廠實際情況，設(shè)計開發(fā)了一套汽輪機組負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)。通過本系統(tǒng)，熱電生產(chǎn)人員可以看到制漿、造紙各用汽、用電終端的實時生產(chǎn)情況。當(dāng)終端用汽量變化時，可重新計算出每臺汽輪機的負(fù)荷分配參數(shù)，指導(dǎo)生產(chǎn)人員進行在線優(yōu)化。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)是在已建成的造紙企業(yè)全廠能量系統(tǒng)信息平臺的基礎(chǔ)上開發(fā)[1]，主體部分采用美國通用電氣(GE)公司智能平臺軟件搭建。如圖1所示，系統(tǒng)分為顯示層、優(yōu)化計算層，數(shù)據(jù)存儲層[10]。系統(tǒng)的實現(xiàn)基于以下軟件：(1)Visualstudio.NET2008——機組負(fù)荷優(yōu)化分配求解器采用VC++編程語言基于混合整數(shù)線性規(guī)劃方法開發(fā)；數(shù)學(xué)模型修正模塊采用VC++中利用小二乘法擬合各機組的汽耗特性。(2)MicrosoftSQLServer2005——作為數(shù)據(jù)存儲中間層，在的表里存儲進行單位換算、分組等預(yù)處理后的實時數(shù)據(jù)、優(yōu)化結(jié)果及其他外部系統(tǒng)的用電、用汽需求等信息，作為優(yōu)化系統(tǒng)與其他系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互的媒介。(3)GEiFix——搭建汽輪機組負(fù)荷分配系統(tǒng)。(4)GEProficyHistorian——存儲DCS實時數(shù)據(jù)。系統(tǒng)通過OPC協(xié)議采集熱電廠實時數(shù)據(jù)并存儲iHistorian。部分實時數(shù)據(jù)進行單位換算、分組等預(yù)處理后存入SQL數(shù)據(jù)庫。優(yōu)化層模型求解模塊基于VC++開發(fā)，與數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互，是優(yōu)化系統(tǒng)的核心模塊。人機界面由iFix開發(fā)，運行時由iFix調(diào)用模型求解模塊進行計算，計算時先從iHistorian讀取實時數(shù)據(jù)，然后讀取SQL數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)學(xué)模型系數(shù)計算，計算結(jié)果由iFix顯示并存入SQL數(shù)據(jù)庫。優(yōu)化結(jié)果及其他設(shè)備信息存入SQLServer2005關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

2機組負(fù)荷分配優(yōu)化計算某大型紙廠配備外供熱量300萬GJ的生產(chǎn)能力的熱電分廠，有2臺容量為50MW的一次調(diào)節(jié)抽汽凝汽式汽輪機機組。汽輪機的部分抽汽除用于該公司的造紙、制漿等生產(chǎn)過程外，部分外供其他單位。汽輪機組發(fā)電除供自用電和制漿、造紙及輔助系統(tǒng)外，剩余部分上網(wǎng)向外供電，其熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)如圖2所示。

2.1負(fù)荷分配優(yōu)化模型該熱電廠為造紙生產(chǎn)過程提供中壓蒸汽和電能，汽輪機包括2臺抽汽凝汽式汽輪機。造紙廠所有DCS數(shù)據(jù)通過OPC存儲iHistorian數(shù)據(jù)庫。建模時從iHistorian數(shù)據(jù)庫讀取熱電廠三個月的歷史數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)時間間隔為1h，共讀取2160個數(shù)據(jù)，讀取的數(shù)據(jù)有：進汽流量、進汽溫度、進汽壓力、抽汽流量、抽汽溫度、抽汽壓力、發(fā)電量，去除476個不正常的開停機數(shù)據(jù)。為了更直觀地反映汽輪機特性，計算出進汽量、抽汽量的焓值，由流量乘以焓值計算出進汽量、抽汽量、發(fā)電量的能量值（kJ），將單位統(tǒng)一為能量值后建模。利用Matlab軟件對#1汽輪機進汽量、抽汽量、發(fā)電量的能量值之間的關(guān)系作圖，如圖3所示。從圖中可以看出，機組實際運行數(shù)據(jù)大致呈線性關(guān)系。但也可以發(fā)現(xiàn)，以一個數(shù)學(xué)模型表示汽輪機運行特性誤差較大，其原因是汽輪機在不同進汽量下熱電轉(zhuǎn)換效率不同，為提高模型精度，本文按不同進汽量進行分段建模。為了在滿足制漿造紙生產(chǎn)過程的熱能和電能需求前提下實現(xiàn)系統(tǒng)燃料消耗量小的目標(biāo)，本文根據(jù)前面建立的優(yōu)化模型結(jié)合實際運行情況及運行數(shù)據(jù)，建立該系統(tǒng)的優(yōu)化模型。

2.2優(yōu)化模型的求解線性規(guī)劃是應(yīng)用廣泛的優(yōu)化技術(shù)之一，也可以說是一種有效的優(yōu)化技術(shù)。線性規(guī)劃法是解決多變量優(yōu)決策的方法，是在各種相互關(guān)聯(lián)的多變量約束條件下，求解一個對象的線性目標(biāo)函數(shù)優(yōu)的問題。目前，求解線性規(guī)劃的求解器有很多，比較有名的如：GAMS，Lingo等商業(yè)軟件，但是價格昂貴，會大大提高系統(tǒng)成本且不易集成，所以本系統(tǒng)采用VC++調(diào)用開源的LP-Solve線性規(guī)劃動態(tài)鏈接庫進行求解。如圖4所示，iFix從iHistorian讀取實時或歷史數(shù)據(jù)后調(diào)用模型求解模塊進行求解，求解后將優(yōu)化結(jié)果存入SQL數(shù)據(jù)庫。

3系統(tǒng)的應(yīng)用

系統(tǒng)采用iFix做界面，它提供了面向?qū)ο蟮目梢暬幊碳夹g(shù)，支持VBA語言編寫相關(guān)程序，提高了開發(fā)效率。依據(jù)系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)分為運行優(yōu)化、模型校正、實時運行、模擬運行、歷史趨勢五部分，其中運行優(yōu)化和模型校正是系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)的主優(yōu)化界面如圖5所示。通過本系統(tǒng)，熱電生產(chǎn)人員可以看到制漿、造紙各用汽、用電終端的實時生產(chǎn)情況，當(dāng)制漿、造紙熱、電負(fù)荷變化時，在滿足發(fā)電與供熱需求的前提下，系統(tǒng)以總蒸汽消耗量小為目標(biāo)函數(shù)實現(xiàn)優(yōu)化。如圖6、圖7所示，圖上方顯示優(yōu)化前的實時運行數(shù)據(jù)，下方顯示的是優(yōu)化后的指導(dǎo)數(shù)據(jù)。可以看出優(yōu)化前后總抽汽量、總發(fā)電量沒有變化，優(yōu)化分配后總蒸汽消耗量明顯降低。

4結(jié)論

本系統(tǒng)實現(xiàn)了不同系統(tǒng)之間的有效集成，當(dāng)制漿、造紙等終端用汽用電情況發(fā)生變化時，系統(tǒng)在滿足終端用汽用電前提下指導(dǎo)操作人員合理分配汽輪機負(fù)荷，使造紙企業(yè)能耗降低、效益提高；也可以對汽輪機組進行遠(yuǎn)程監(jiān)控，便于中心調(diào)度人員查看汽輪機實時運行數(shù)據(jù)，指導(dǎo)調(diào)度人員發(fā)出合理調(diào)度指令。

93.60.7.024
72.B1.0.000.1001
40.51.9.024.0301
49.72.8.230.0062
62.33.9.220.0040
90.20.0
39.30.0.125.9024
99.80.0.024.50
22.44.0.024.4310
90.02
40.11.7.024.2016
59.32.8.230.5060
22.34.0.230.4340
44.52.9.024.5000
60.13.9.080.0070
55.34.8.230.5040
22.23.9.012.4000
49.52.9.024.0080
62.83.9.012.4600
40.61.9.018.0300
55.33.8.006.0000
55.13.9.012.0000
48.61.8.024.4060
40.52.8.012.5000
60.13.9.024.2040
40.31.9.024.0300
26.04.8.230.0000
48.52.9.024.0650
65.31.9.012.0309
26.08.8.012.0000
40.61.6.024.4300
56.44.8.024.0000
48.52.7.024.0050
49.61.9.012.0050
7T.91.0.000.2305
22.32.0.024.1320

造紙企業(yè)主要用能為電和蒸汽，除采用工藝改造節(jié)能外，實現(xiàn)合理用電用汽成為節(jié)能的主要措施。大部分的造紙企業(yè)能耗較高的一個重要原因是在能量利用的過程中缺乏有效的監(jiān)測、分析和優(yōu)化。因此，許多造紙企業(yè)試圖探索運用信息化手段解決造紙工業(yè)當(dāng)前節(jié)能降耗的問題[1]。大部分大型造紙企業(yè)都自備熱電廠，熱電廠是造紙企業(yè)的能源轉(zhuǎn)換單元，它為造紙企業(yè)提供生產(chǎn)用能（包括電和蒸汽）。電能和熱能聯(lián)合生產(chǎn)稱為熱電聯(lián)產(chǎn)，造紙企業(yè)熱電廠都以熱電聯(lián)產(chǎn)的方式運行。造紙企業(yè)熱電廠汽輪機是在保證抽汽量的前提下再調(diào)整發(fā)電量，而且造紙廠存在用汽波動大、用汽不確定等因素，其運行方式與熱電廠有差別。例如：化學(xué)制漿間歇蒸煮，在蒸煮升溫階段，蒸汽消耗量很大，而在保溫、噴放和裝料階段，蒸汽用量較少；當(dāng)紙機生產(chǎn)正常時，蒸汽使用量比較穩(wěn)定，但是當(dāng)紙機斷紙時，蒸汽用量幾乎為零；有些用汽波動是可以預(yù)測的，如制漿蒸煮用汽；有些是不可以預(yù)測的，如紙機斷紙后需要停止用汽。雖然大型電廠和部分熱電廠配備負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)[2～9]，但是，還沒有相關(guān)文獻對根據(jù)造紙企業(yè)用汽特點建立負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的研究進行過報道。目前操作人員主要根據(jù)經(jīng)驗實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，具有很大的局限性。因此，必須結(jié)合企業(yè)用汽特點，進一步研究汽輪機運行過程中的熱經(jīng)濟性并在不同機組間合理的分配負(fù)荷，建立負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能降耗。本文以某造紙企業(yè)熱電廠為背景，以該企業(yè)已建成的全廠能量系統(tǒng)信息平臺為基礎(chǔ)[1]，利用平臺提供的強大的數(shù)據(jù)集成功能，采集企業(yè)的實時生產(chǎn)和管理信息，根據(jù)造紙企業(yè)熱電廠實際情況，設(shè)計開發(fā)了一套汽輪機組負(fù)荷分配優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)。通過本系統(tǒng)，熱電生產(chǎn)人員可以看到制漿、造紙各用汽、用電終端的實時生產(chǎn)情況。當(dāng)終端用汽量變化時，可重新計算出每臺汽輪機的負(fù)荷分配參數(shù)，指導(dǎo)生產(chǎn)人員進行在線優(yōu)化。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)是在已建成的造紙企業(yè)全廠能量系統(tǒng)信息平臺的基礎(chǔ)上開發(fā)[1]，主體部分采用美國通用電氣(GE)公司智能平臺軟件搭建。如圖1所示，系統(tǒng)分為顯示層、優(yōu)化計算層，數(shù)據(jù)存儲層[10]。系統(tǒng)的實現(xiàn)基于以下軟件：(1)Visualstudio.NET2008——機組負(fù)荷優(yōu)化分配求解器采用VC++編程語言基于混合整數(shù)線性規(guī)劃方法開發(fā)；數(shù)學(xué)模型修正模塊采用VC++中利用小二乘法擬合各機組的汽耗特性。(2)MicrosoftSQLServer2005——作為數(shù)據(jù)存儲中間層，在的表里存儲進行單位換算、分組等預(yù)處理后的實時數(shù)據(jù)、優(yōu)化結(jié)果及其他外部系統(tǒng)的用電、用汽需求等信息，作為優(yōu)化系統(tǒng)與其他系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互的媒介。(3)GEiFix——搭建汽輪機組負(fù)荷分配系統(tǒng)。(4)GEProficyHistorian——存儲DCS實時數(shù)據(jù)。系統(tǒng)通過OPC協(xié)議采集熱電廠實時數(shù)據(jù)并存儲iHistorian。部分實時數(shù)據(jù)進行單位換算、分組等預(yù)處理后存入SQL數(shù)據(jù)庫。優(yōu)化層模型求解模塊基于VC++開發(fā)，與數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互，是優(yōu)化系統(tǒng)的核心模塊。人機界面由iFix開發(fā)，運行時由iFix調(diào)用模型求解模塊進行計算，計算時先從iHistorian讀取實時數(shù)據(jù)，然后讀取SQL數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)學(xué)模型系數(shù)計算，計算結(jié)果由iFix顯示并存入SQL數(shù)據(jù)庫。優(yōu)化結(jié)果及其他設(shè)備信息存入SQLServer2005關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

2機組負(fù)荷分配優(yōu)化計算某大型紙廠配備外供熱量300萬GJ的生產(chǎn)能力的熱電分廠，有2臺容量為50MW的一次調(diào)節(jié)抽汽凝汽式汽輪機機組。汽輪機的部分抽汽除用于該公司的造紙、制漿等生產(chǎn)過程外，部分外供其他單位。汽輪機組發(fā)電除供自用電和制漿、造紙及輔助系統(tǒng)外，剩余部分上網(wǎng)向外供電，其熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)如圖2所示。

2.1負(fù)荷分配優(yōu)化模型該熱電廠為造紙生產(chǎn)過程提供中壓蒸汽和電能，汽輪機包括2臺抽汽凝汽式汽輪機。造紙廠所有DCS數(shù)據(jù)通過OPC存儲iHistorian數(shù)據(jù)庫。建模時從iHistorian數(shù)據(jù)庫讀取熱電廠三個月的歷史數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)時間間隔為1h，共讀取2160個數(shù)據(jù)，讀取的數(shù)據(jù)有：進汽流量、進汽溫度、進汽壓力、抽汽流量、抽汽溫度、抽汽壓力、發(fā)電量，去除476個不正常的開停機數(shù)據(jù)。為了更直觀地反映汽輪機特性，計算出進汽量、抽汽量的焓值，由流量乘以焓值計算出進汽量、抽汽量、發(fā)電量的能量值（kJ），將單位統(tǒng)一為能量值后建模。利用Matlab軟件對#1汽輪機進汽量、抽汽量、發(fā)電量的能量值之間的關(guān)系作圖，如圖3所示。從圖中可以看出，機組實際運行數(shù)據(jù)大致呈線性關(guān)系。但也可以發(fā)現(xiàn)，以一個數(shù)學(xué)模型表示汽輪機運行特性誤差較大，其原因是汽輪機在不同進汽量下熱電轉(zhuǎn)換效率不同，為提高模型精度，本文按不同進汽量進行分段建模。為了在滿足制漿造紙生產(chǎn)過程的熱能和電能需求前提下實現(xiàn)系統(tǒng)燃料消耗量小的目標(biāo)，本文根據(jù)前面建立的優(yōu)化模型結(jié)合實際運行情況及運行數(shù)據(jù)，建立該系統(tǒng)的優(yōu)化模型。

2.2優(yōu)化模型的求解線性規(guī)劃是應(yīng)用廣泛的優(yōu)化技術(shù)之一，也可以說是一種有效的優(yōu)化技術(shù)。線性規(guī)劃法是解決多變量優(yōu)決策的方法，是在各種相互關(guān)聯(lián)的多變量約束條件下，求解一個對象的線性目標(biāo)函數(shù)優(yōu)的問題。目前，求解線性規(guī)劃的求解器有很多，比較有名的如：GAMS，Lingo等商業(yè)軟件，但是價格昂貴，會大大提高系統(tǒng)成本且不易集成，所以本系統(tǒng)采用VC++調(diào)用開源的LP-Solve線性規(guī)劃動態(tài)鏈接庫進行求解。如圖4所示，iFix從iHistorian讀取實時或歷史數(shù)據(jù)后調(diào)用模型求解模塊進行求解，求解后將優(yōu)化結(jié)果存入SQL數(shù)據(jù)庫。

3系統(tǒng)的應(yīng)用

系統(tǒng)采用iFix做界面，它提供了面向?qū)ο蟮目梢暬幊碳夹g(shù)，支持VBA語言編寫相關(guān)程序，提高了開發(fā)效率。依據(jù)系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)分為運行優(yōu)化、模型校正、實時運行、模擬運行、歷史趨勢五部分，其中運行優(yōu)化和模型校正是系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)的主優(yōu)化界面如圖5所示。通過本系統(tǒng)，熱電生產(chǎn)人員可以看到制漿、造紙各用汽、用電終端的實時生產(chǎn)情況，當(dāng)制漿、造紙熱、電負(fù)荷變化時，在滿足發(fā)電與供熱需求的前提下，系統(tǒng)以總蒸汽消耗量小為目標(biāo)函數(shù)實現(xiàn)優(yōu)化。如圖6、圖7所示，圖上方顯示優(yōu)化前的實時運行數(shù)據(jù)，下方顯示的是優(yōu)化后的指導(dǎo)數(shù)據(jù)。可以看出優(yōu)化前后總抽汽量、總發(fā)電量沒有變化，優(yōu)化分配后總蒸汽消耗量明顯降低。

4結(jié)論

本系統(tǒng)實現(xiàn)了不同系統(tǒng)之間的有效集成，當(dāng)制漿、造紙等終端用汽用電情況發(fā)生變化時，系統(tǒng)在滿足終端用汽用電前提下指導(dǎo)操作人員合理分配汽輪機負(fù)荷，使造紙企業(yè)能耗降低、效益提高；也可以對汽輪機組進行遠(yuǎn)程監(jiān)控，便于中心調(diào)度人員查看汽輪機實時運行數(shù)據(jù)，指導(dǎo)調(diào)度人員發(fā)出合理調(diào)度指令。