(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111613145.5 (22)申请日 2021.12.27 (71)申请人 湖州同润汇海科技有限公司 地址 313000 浙江省湖州市湖州经济技 术 开发区康山街道红丰路2195号南太湖 精英计划产业园(千人计划产业园)A 座2楼206室 (72)发明人 楼宇航　顾敦罡　张楠　章婕　 李光辉　饶品华　 (74)专利代理 机构 宁波诚源专利事务所有限公 司 33102 代理人 林辉　方宁 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01)G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 蒸汽动力系统中驱动设备的驱动方式和布 局结构同步优化方法 (57)摘要 本发明涉及一种蒸汽动力系统中驱动设备 的驱动方式和布局结构同步优化方法， 该优化方 法包括： 确定蒸汽动力系统中各设备的性能特征 参数和蒸汽动力系统的工艺参数， 确定蒸汽动力 系统中所消耗燃料的种类以及各种燃料对应的 低位发热量及CO2排放因子； 对蒸汽动力系统进 行流程模拟； 生成满足每个轴功率需求相应的驱 动设备驱动方式和布局的备选方案； 根据质量、 能量、 电力平衡方程、 驱动设备方案选择方程、 碳 排放量方程和目标函数方程生成混合整数线性 数学模型； 并求解出最优的驱动方式和布局结构 方案， 验证蒸汽动力系统的整体性能指标。 该方 法在保证多种生产工艺过程对轴功率需求的前 提下， 可显著降低蒸汽动力系统的碳排放， 并最 小化总操作成本 。 权利要求书3页 说明书9页 附图3页 CN 114266166 A 2022.04.01 CN 114266166 A 1.一种蒸汽动力系统中驱动设备的驱动方式和布局结构同步优化方法， 其特征在于： 用于从满足每个轴功 率需求相应的驱动设备驱动方式和布局的备选方案中， 找到在不同工 况下整体性能或经济性更佳的驱动设备驱动方式和布局的备选方案， 该优化方法包括以下 步骤： 确定蒸汽动力系统中所包含的各设备的性 能特征参数和蒸汽动力系统的工艺参数， 其 中蒸汽动力系统中所包含的各设备包括待确定驱动方式 以及布局的驱动设备和已固定布 局的设备； 该处的驱动设备包括蒸汽透平和电动机； 确定蒸汽动力系统中能量转换设备所消耗燃料的种类以及各种燃料对应的低位发热 量及CO2排放因子； 对蒸汽动力系统进行流 程模拟， 确定运行工况 下蒸汽和除盐水的物性 参数； 根据生产工艺过程在不同工况下的轴功率需求、 蒸汽管线的压力等级条件和企业的要 求， 生成满足每个轴功率需求相应的驱动设备驱动方式和布局的备选方案， 并为每个备选 方案设置相应的参数； 根据蒸汽动力系统中各设备的质量平衡方程、 各设备的能量平衡方程、 蒸汽动力系统 整体的电力平衡方程、 驱动设备方案选择方程、 蒸汽动力系统整体的碳排放量方程和目标 函数方程， 生成混合整数线性数 学模型； 求解混合整数线性数学模型， 根据混合整数线性数学模型的最优求解结果选出满足各 生产工艺过程轴功 率需求的驱动设备驱动方式和布局结构方案； 根据混合整 数线性数学模 型的最优求 解结果同时修 正各设备的性能特 征参数和蒸汽动力系统的工艺 参数； 对所有驱动设备的驱动方式和布局及均已确定的蒸汽动力系统再次进行流程模拟， 验 证蒸汽动力系统的整体性能指标。 2.根据权利要求1所述的蒸汽动力系统中驱动设备的驱动方式和 布局结构同步优化方 法， 其特征在于： 还 包括步骤： 如果每个轴功率需求相应的驱动设备驱动方式和布局的所有备选方案均无法满足蒸 汽动力系统的整体性能指标， 则跳转执行 “根据生产工艺过程在不同工况下的轴功 率需求、 蒸汽管线的压力等级 条件和企业的要求， 生成满足每个轴功 率需求相应的驱动设备驱动方 式和布局的备选方案， 并为每个备选方案设置相应的参数 ”的步骤， 重新生成备选方案， 再 重新执行后续步骤。 3.根据权利要求1所述的蒸汽动力系统中驱动设备的驱动方式和 布局结构同步优化方 法， 其特征在于： 在混合整数线性数 学模型中， 目标函数 方程为： TOC＝TIC+TE C+TFC+TSC+TWC+TC C； 其中， TOC为总操作费用， TIC为年化总投资 费用， TEC为总用电费用， TFC为总燃料费用， TSC为总外购蒸汽费用， TWC为总除盐水费用， TC C为总碳排放成本费用； 另外， 上述总碳 排放成本费用TC C的计算公式为： TCC＝CCbought‑CCsold； 其中， CCbought为购买碳排放额度的成本， 单位￥/h； CCsold为卖出碳排放额度的获利， 单 位￥/h； 对混合整数线性数学模型进行求解， 使目标函数在待优化变量的取值范围内达到最小权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114266166 A 2时， 即得到混合整数线性数 学模型的最优求 解结果。 4.根据权利要求1～3任一项所述的蒸汽动力系统中驱动设备的驱动方式和布局结构 同步优化方法， 其特 征在于： 在混合整数线性数 学模型中， 驱动设备 方案选择方程为： 其中， Wsdemand(t， s)为已知参数， 表示生产工艺过程 中第t个驱动设备在第s种工况下的 轴功率需求， 单位为kW； Msteam(t， s， n)为第t个驱动设备的第n种 布局备选方案在第s种工况 下通入蒸汽负荷， 为kg/h； N为布局备选方案的总个数； Ws(t， n)为已知参数， 表 示第t个蒸汽 透平设备的第n种布局备选方案在通入 单位质量流量蒸汽时所能实现的轴功 率， 单位为kW； BV(t， n)表示第t 个驱动设备的第n种布局备选方案的选取情况， BV(t， n)＝1或0， BV(t， n)＝ 1表示选取第n种布局备选方案， BV(t， n)＝0表示为不选取第n种布局备选方案； 用来保证优化计算从每个驱动设备所有的布局备选方案中选出1个最优方 案； Edemand(t， s)为已知参数， 表示第t个驱动设备在第s种工况下完全采用电驱工作时的耗 电量， 其数值与相应的Wsdemand(t， s)一致， 单位为kW； 为已知参数， 表示第t个驱动设备 的最大蒸汽负荷， 单位 为kg/h。 5.根据权利要求4所述的蒸汽动力系统中驱动设备的驱动方式和 布局结构同步优化方 法， 其特征在于： 在混合整数线性模型中， 蒸汽动力系统整体的电力平衡方程需满足以下约束条件： 其中， Wg(g， s)是第g个发电机在第s种工况下的发电量； Wpurchased(s)是第s种工况下向国 家电网购买的电量； Wdemand(s)是全厂除去生产工艺过程驱动外的其他电力需求； Wsold(s)是 第s种工况 下输回国家电网的电量。 6.根据权利要求5所述的蒸汽动力系统中驱动设备的驱动方式和 布局结构同步优化方 法， 其特征在于： 所述能量转换设备为直接消耗化石燃料的设备， 在混合整数线性数学模型 中， 能量转换设备需满足以下约束条件： 其中， Qfuel(b， s)为第b个能量转换设备在第s种工况下的产热量， Qfuel(b， s)的单位为 kJ/h； Msteam(b， s)和Hsteam(b， s)分别为第b个能量转换设备在第 s种工况下的产气量和所产 蒸汽热焓； Mblowdown(b， s)和Hblowdown(b， s)分别 为第b个能量转换设备在第s种工况下排水的 质量流量及排水热焓； Mwater(b， s)和Hwater(b， s)分别为第b个能量转换设备在第 s种工况下 给水的质量流量及能量转换设备给水热焓； Msteam(b， s)、 Mblowdown(b， s)和Mwater(b， s)的单位 为kJ/h； Hsteam(b， s)、 Hblowdown(b， s)和Hwater(b， s)的单位为kJ/kg； ηboiler(b)代表能量转换设权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114266166 A 3