一种基于时序优化的钢厂负荷管理方法

摘要

本发明属于电力系统运行与控制技术领域，公开了一种基于时序优化的钢厂负荷管理方法，包括：获取钢厂内冲击负荷的负荷特性；将冲击负荷分为可中断负荷、可调节负荷、刚性负荷；设定目标函数、定义优化对象、设定约束条件，建立基于时序优化的钢厂负荷管理模型；通过算法求解模型，得到可中断负荷的启停时序和可调节负荷的功率时序。本发明克服现有技术的不足，提供的一种基于时序优化的钢厂负荷管理方法，能够平抑和削减接入电力系统的钢厂负荷波动。

权利要求

1.一种基于时序优化的钢厂负荷管理方法，其特征在于，包括：获取钢厂内冲击负荷的负荷特性；

根据所述冲击负荷的负荷特性，将所述冲击负荷分为可中断负荷、可调节负荷、刚性负荷；

设定目标函数、定义优化对象、设定约束条件，建立基于时序优化的钢厂负荷管理模型；

通过算法求解所述钢厂负荷管理模型，得到可中断负荷的启停时序和可调节负荷的功率时序；

所述目标函数为：

min(k1L+k2R+k3ΔP)

其中，k1、k2、k3为多目标优化系数，L为钢厂在T个时段内的最大瞬时功率值(MW)，R为钢厂在相邻时段内的最大功率正/反向爬坡(MW)，△P为可调节负荷在T个时段内调节的电能(MW·h)；

所述定义优化对象包括：

其中，I、J、K分别为钢厂中可中断负荷、可调节负荷和刚性负荷的数量；PNI,i、PNJ,j分别为各台可中断负荷、可调节负荷的额定功率；xi,t为第i台可中断负荷在第t个时段的启停状态，xi,t＝1表示负荷处于运行状态，xi,t＝0表示负荷处于停机状态；Pj,t为第j台可调节负荷在第t个时段的有功功率；PNKk,t为第k台刚性负荷的功率时序；Ptotal,t为第t时段钢厂负荷总功率，t0为每个时段的时间宽度。

2.根据权利要求1所述的基于时序优化的钢厂负荷管理方法，其特征在于，所述冲击负荷的负荷特性包括：冲击负荷的额定功率、冲击负荷的波形特征。

3.根据权利要求1所述的基于时序优化的钢厂负荷管理方法，其特征在于，所述可中断负荷为精炼炉，所述可调节负荷为电解铝负荷，所述刚性负荷为轧钢机。

4.根据权利要求1所述的基于时序优化的钢厂负荷管理方法，其特征在于，所述约束条件包括可中断负荷约束条件：其中，PIi为T个时段内，按照钢厂生产调度计划规定的钢水产量换算成的第i台可中断负荷需要运行的总时长；bi表示第i台可中断负荷开启后至少需要持续运行的时段，di表示第i台可中断负荷关停后至少需要闲置的时段。

5.根据权利要求1所述的基于时序优化的钢厂负荷管理方法，其特征在于，所述约束条件包括可调节负荷约束条件：αPNJ,j≤Pj,t≤PNJ,j

-βPNJ,j≤Pj,t+1-Pj,t≤βPNJ,j

其中，α为可调节负荷功率调节下限占额定功率的比例系数；β为可调节负荷每个控制时段的功率可调量占额定功率的比例系数。

6.根据权利要求1所述的基于时序优化的钢厂负荷管理方法，其特征在于，所述算法为混合型整数线性规划。

说明书

一种基于时序优化的钢厂负荷管理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电力系统运行与控制技术领域，尤其涉及一种基于时序优化的钢厂负荷管理方法。

背景技术

[0002] 从上个世纪90年代开始，我国已经成为世界上最大的钢铁生产国和消费国，钢铁产量稳居世界之首。钢铁产业作为支撑国民经济的重要基础产业，其用电量约占社会总用电量的10％左右，是用电量最大的工业部门。在实际生产中，炼钢厂多含有大功率冲击型负荷，导致钢厂接入电力系统的功率波动性较强，对电网的稳定性构成一定的威胁。

[0003] 现有的电力系统通过预留足够的火电机组备用，以其自身的调节能力消纳钢厂负荷的波动性，但这种方式大大降低了火电机组的开机利用小时数，增加系统装机容量需求，经济性较差。

[0004] 近年来，针对平抑和削减负荷功率波动的问题，国内外研究学者提出了“需求响应”和“负荷管理”等方法。负荷需求响应通过让负荷接收到电力系统发出的电价或激励等诱导性信号后，改变其固有用电习惯和模式，减少或者推移某时段的用电负荷，以此响应电力供应。需求响应广泛适用于居民生活负荷，但对于钢厂内的冲击负荷，因生产工艺和生产流程固定，大部分冲击负荷无法响应系统诱导信号，主动安排负荷运行及用电计划，故并不适用。负荷管理是一种电力系统有计划地指导和控制电力负荷，限制某些负荷在系统尖峰负荷时用电，尽量减小尖峰负荷的数值，使系统综合负荷曲线更平坦，有效改善负荷曲线的形状的方法。但是，针对钢厂的负荷管理，研究成果较少。钢厂巨大的功率波动，一方面危害系统稳定，造成系统发电机组闲置备用与容量浪费，迫使电力部门新建电厂，加剧环境污染；另一方面也造成钢厂容量费剧增，经济效益大幅下降。钢厂的强波动性无论对电网系统还是对钢厂都会造成极大的危害，亟待寻求优化控制方法，平抑和削减负荷波动。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于时序优化的钢厂负荷管理方法，平抑和削减接入电力系统的钢厂负荷波动。

[0006] 本申请实施例提供一种基于时序优化的钢厂负荷管理方法，包括：

[0007] 获取钢厂内冲击负荷的负荷特性；

[0008] 根据所述冲击负荷的负荷特性，将所述冲击负荷分为可中断负荷、可调节负荷、刚性负荷；

[0009] 设定目标函数、定义优化对象、设定约束条件，建立基于时序优化的钢厂负荷管理模型；

[0010] 通过算法求解所述钢厂负荷管理模型，得到可中断负荷的启停时序和可调节负荷的功率时序。

[0011] 优选的，所述冲击负荷的负荷特性包括：冲击负荷的额定功率、冲击负荷的波形特征。

[0012] 优选的，所述可中断负荷为精炼炉，所述可调节负荷为电解铝负荷，所述刚性负荷为轧钢机。

[0013] 优选的，所述目标函数为：

[0014] min(k1L+k2R+k3ΔP)

[0015] 其中，k1、k2、k3为多目标优化系数，L为钢厂在T个时段内的最大瞬时功率值(MW)，R为钢厂在相邻时段内的最大功率正/反向爬坡(MW)，ΔP为可调节负荷在T个时段内调节的电能(MW·h)。

[0016] 优选的，所述定义优化对象包括：

[0017]

[0018]

[0019]

[0020]

[0021] 其中，I、J、K分别为钢厂中可中断负荷、可调节负荷和刚性负荷的数量；PNI，i、PNJ，j分别为各台可中断负荷、可调节负荷的额定功率；xi，t为第i台可中断负荷在第t个时段的启停状态，xi，t＝1表示负荷处于运行状态， xi，t＝0表示负荷处于停机状态；Pj，t为第j台可调节负荷在第t个时段的有功功率；PNKk，t为第k台刚性负荷的功率时序；Ptotal，t为第t时段钢厂负荷总功率，t0为每个时段的时间宽度。

[0022] 优选的，所述约束条件包括可中断负荷约束条件：

[0023]

[0024]

[0025] 其中，PIi为T个时段内，按照钢厂生产调度计划规定的钢水产量换算成的第i台可中断负荷需要运行的总时长；bi表示第i台可中断负荷开启后至少需要持续运行的时段，di表示第i台可中断负荷关停后至少需要闲置的时段。

[0026] 优选的，所述约束条件包括可调节负荷约束条件：

[0027] αPNJ，j≤Pj，t≤PNJ，j

[0028] -βPNJ，j≤Pj，t+1-Pj，t≤βPNJ，j

[0029] 其中，α为可调节负荷功率调节下限占额定功率的比例系数；β为可调节负荷每个控制时段的功率可调量占额定功率的比例系数。

[0030] 优选的，所述算法为混合型整数线性规划。

[0031] 本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

[0032] 在本申请实施例中，获取钢厂内冲击负荷的负荷特性；根据钢厂内冲击负荷的负荷特性，将冲击负荷分为可中断负荷、可调节负荷和刚性负荷三类；设定目标函数、定义优化对象、设定约束条件，建立基于时序优化的钢厂负荷管理模型；通过算法求解模型，得到可中断负荷的启停时序和可调节负荷的功率时序。通过对可中断负荷的启停时序进行优化，能有效平抑和削减接入电力系统的钢厂负荷波动，减小电力系统的装机容量需求，减小碳排放，提高电力系统运行的经济效益；通过可调节负荷参与协助控制，能进一步平抑和削减钢厂负荷功率波动。

附图说明

[0033] 为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0034] 图1为本发明提供的一种基于时序优化的钢厂负荷管理方法的流程图；

[0035] 图2为本发明中钢厂外部联络线秒级有功功率波动示意图；

[0036] 图3为本发明中钢厂各时间窗宽度下1小时功率波动量统计；

[0037] 图4为本发明中钢厂生产工艺流程示意图；

[0038] 图5为本发明中钢厂精炼炉秒级功率波动示意图；

[0039] 图6-1：是本发明中钢厂1号轧钢机秒级负荷功率波动示意图；

[0040] 图6-2：是本发明中钢厂2号轧钢机秒级负荷功率波动示意图；

[0041] 图6-3：是本发明中钢厂3号轧钢机秒级负荷功率波动示意图；

[0042] 图7-1：是本发明仿真算例中模式1与模式2钢厂负荷功率波动对比图；

[0043] 图7-2：是本发明仿真算例中模式1与模式3钢厂负荷功率波动对比图；

[0044] 图8-1：是本发明仿真算例中模式1的精炼炉启停时序图，其中黑色表示精炼炉处于运行；

[0045] 图8-2：是本发明仿真算例中模式2的精炼炉启停时序图，其中黑色表示精炼炉处于运行；

[0046] 图8-3：是本发明仿真算例中模式3的精炼炉启停时序图，其中黑色表示精炼炉处于运行；

[0047] 图9：是本发明仿真算例中模式3的可调节负荷功率分时柱状图；

[0048] 图10：是本发明仿真算例中模式1、模式2、模式3的钢厂负荷波动定量统计对比图。

具体实施方式

[0049] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于时序优化的钢厂负荷管理方法，平抑和削减接入电力系统的钢厂负荷波动。

[0050] 本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

[0051] 一种基于时序优化的钢厂负荷管理方法，包括：

[0052] 获取钢厂内冲击负荷的负荷特性；

[0053] 根据所述冲击负荷的负荷特性，将所述冲击负荷分为可中断负荷、可调节负荷、刚性负荷；

[0054] 设定目标函数、定义优化对象、设定约束条件，建立基于时序优化的钢厂负荷管理模型；

[0055] 通过算法求解所述钢厂负荷管理模型，得到可中断负荷的启停时序和可调节负荷的功率时序。

[0056] 本申请实施例通过建立基于时序优化的钢厂负荷管理模型，对可中断负荷的启停时序进行优化，能有效平抑和削减接入电力系统的钢厂负荷波动，减小电力系统的装机容量需求，减小碳排放，提高电力系统运行的经济效益；通过可调节负荷参与协助控制，能够进一步平抑和削减钢厂负荷功率波动。

[0057] 为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

[0058] 本实施例提供了一种基于时序优化的钢厂负荷管理方法，如图1所示，包括：

[0059] 步骤10：获取钢厂内冲击负荷的负荷特性。

[0060] 所述冲击负荷的负荷特性包括：冲击负荷的额定功率、冲击负荷的波形特征。

[0061] 步骤20：根据所述冲击负荷的负荷特性，将所述冲击负荷分为可中断负荷、可调节负荷、刚性负荷。

[0062] 所述可中断负荷为精炼炉，所述可调节负荷为电解铝负荷，所述刚性负荷为轧钢机。

[0063] 步骤30：设定目标函数、定义优化对象、设定约束条件，建立基于时序优化的钢厂负荷管理模型。

[0064] 所述目标函数为：

[0065] min(k1L+k2R+k3ΔP)

[0066] 其中，k1、k2、k3为多目标优化系数，L为钢厂在T个时段内的最大瞬时功率值(MW)，R为钢厂在相邻时段内的最大功率正/反向爬坡(MW)，ΔP为可调节负荷在T个时段内调节的电能(MW·h)。

[0067] 所述定义优化对象包括：

[0068]

[0069]

[0070]

[0071]

[0072] 其中，I、J、K分别为钢厂中可中断负荷、可调节负荷和刚性负荷的数量；PNI，i、PNJ，j分别为各台可中断负荷、可调节负荷的额定功率；xi，t为第i台可中断负荷在第t个时段的启停状态，xi，t＝1表示负荷处于运行状态， xi，t＝0表示负荷处于停机状态；Pj，t为第j台可调节负荷在第t个时段的有功功率；PNKk，t为第k台刚性负荷的功率时序；Ptotal，t为第t时段钢厂负荷总功率，t0为每个时段的时间宽度。

[0073] 所述约束条件包括可中断负荷约束条件：

[0074]

[0075]

[0076] 其中，PIi为T个时段内，按照钢厂生产调度计划规定的钢水产量换算成的第i台可中断负荷需要运行的总时长；bi表示第i台可中断负荷开启后至少需要持续运行的时段，di表示第i台可中断负荷关停后至少需要闲置的时段。

[0077] 所述约束条件包括可调节负荷约束条件：

[0078] αPNJ，j≤Pj，t≤PNJ，j

[0079] -βPNJ，j≤Pj，t+1-Pj，t≤βPNJ，j

[0080] 其中，α为可调节负荷功率调节下限占额定功率的比例系数；β为可调节负荷每个控制时段的功率可调量占额定功率的比例系数。

[0081] 步骤40：通过算法求解所述钢厂负荷管理模型，得到可中断负荷的启停时序和可调节负荷的功率时序。

[0082] 所述算法为混合型整数线性规划。

[0083] 所述可中断负荷的启停时序即xi，t，所述可调节负荷的功率时序即Pj，t。

[0084] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进一步说明。

[0085] 1、钢厂负荷功率波动特性

[0086] 以中国东部某钢厂为例，分析钢厂负荷功率的波动特性。图2为2016 年11月25日4:00～5:00期间该钢厂与电网系统连接的外部联络线秒级有功变化曲线，其中负号代表钢厂从电网系统购电，正号代表钢厂向电网系统送电。由图2可见，1h内该钢厂负荷波动呈无序性，波动幅度较大，波动速率较快。统计可得，钢厂与外部联络线功率最大值为32.34MW，最小值为-199.52MW，1h内负荷功率波动极值为231.86MW。

[0087] 采用时间窗函数方法，对该钢厂外部联络线1h内功率变化值进行差分分析。时间窗的宽度分别选取1s、5s、10s、30s和60s，得到的各时间窗宽度下钢厂最大功率波动量和平均功率波动量如图3所示。

[0088] 由图3可见，该钢厂负荷功率具有很强的波动性，5s内最大负荷波动量可达到77.40MW。为维护系统稳定，消纳该钢厂巨大的功率波动，电网公司为该钢厂建设了一座额定容量910MVA的主变电站，电压等级220kV。经计算，由于此变电站，该钢厂每年需向电网公司缴纳系统容量费用3.06 亿元。钢厂巨大的功率波动，一方面危害系统稳定，造成系统发电机组闲置备用与容量浪费，迫使电力部门新建电厂，加剧环境污染；另一方面也造成钢厂容量费剧增，经济效益大幅下降。钢厂的强波动性无论对电网系统还是对钢厂都会造成极大的危害。

[0089] 2、钢厂冲击负荷分类

[0090] 钢厂负荷功率波动性强的主要原因是钢厂内冲击负荷功率的相互叠加。钢厂生产工艺流程如图4所示，图4方框所示为钢厂的主要用电负荷，圆圈内为生产原料及产品。钢厂各种负荷的生产安排，连同生产原料与产品的物料运送，均由钢厂的生产调度计划决定。钢厂生产指挥部门对负荷启停、物料配合进行统筹协调，提前制定生产调度计划，规定在某时段内，某种负荷的工作时段、物料投放量和产品产量；实际操控负荷的员工按照生产调度计划表运行负荷，进行炼钢生产。

[0091] 结合钢厂的生产工业特性和生产调度计划表，研究炼钢厂各主要用电负荷的负荷特性，可将其分为可中断负荷、可调节负荷和刚性负荷三类，下面依次对三类负荷进行具体分析和说明。

[0092] 2.1、可中断负荷

[0093] 钢厂负荷中，可中断负荷主要指精炼炉。精炼炉作为钢厂炼钢工艺的第一步，承担着将还原铁炼制成铁水的重要工作。精炼炉属于电弧炉的一类，是一种低电压、大电流的负荷。

[0094] 精炼炉利用电极间的电弧产生高温熔炼矿石和金属。图5所示为钢厂某额定功率为20MW的精炼炉在1h内的秒级功率波动图。当精炼炉开启时，其负荷功率瞬间从0阶跃至额定功率，并在额定功率附近窄幅震荡；当精炼炉停机时，其负荷功率又从额定功率瞬间跌落至0。可见，精炼炉负荷的频繁启停，使得精炼炉负荷功率带有很强冲击性，属于冲击型负荷。

[0095] 进一步分析钢厂的生产调度计划表可知，钢厂生产指挥部门对精炼炉下达的生产计划未规定其具体的启停时刻，仅规定精炼炉在一段时间内的产量。这是由于精炼炉生产得到的钢水可暂时储存在钢水罐中，等待运输后进行下一步加工。因此，精炼炉的具体启停时刻，依赖于精炼炉实际操作员工，在实际生产中较为随机。若不考虑电炉爆震等因素，可人为对精炼炉的启停时序进行优化控制，精炼炉是本发明所述基于时序优化的钢厂负荷管理的主要控制对象。

[0096] 2.2、可调节负荷

[0097] 传统钢厂内，负荷功率的可调节特性较差，因此本发明将传统钢厂与当地的电解铝负荷打捆，利用电解铝负荷自身的功率调节特性，进一步平抑和减小钢厂负荷功率的波动。

[0098] 工业生产上通过调节直流母线电压改变电解铝负荷的功率，负荷功率与可调电压之间的关系如式(1)所示：

[0099]

[0100] 式中，E为电解铝反电动势，取值由实验所得；Pj，t为第j台可调节负荷在第t个时段的有功功率，在此可表示电解铝负荷功率，Pj，t由直流母线电压VB决定；R为电解铝槽的电阻。为不影响电解铝的正常生产工艺，应尽量避免电解铝负荷高于额定功率运行，但可适当低于额定功率。可调节负荷的功率时序优化控制是本文所述基于时序优化的钢厂负荷管理的辅助控制对象。

[0101] 2.3、刚性负荷

[0102] 除了可中断负荷和可调节负荷以外，钢厂中还含有大量用电负荷，包括轧钢机(包括冷轧机和热轧机)、钢包炉、板努铸机、平整机、退火作业线。上述用电负荷因其内在工艺复杂且相互制约，一般不能中途切断或进行功率平移，故将其视为刚性负荷。除轧钢机外，其余负荷功率波动不大，并且不进行频繁启停，视为稳定负荷。

[0103] 图6-1、图6-2、图6-3分别为中国东部某钢厂三台轧钢机10min的秒级功率波动图，可见轧钢机负荷功率具有较强的冲击性。以图6-1的1号轧钢机为例，该功率曲线由2台粗轧及7台精轧功率叠加而成，且每个机组的出力符合一定的时间顺序，可根据钢厂的生产调度计划表推测得到。

[0104] 刚性负荷不参与负荷管理与控制，其负荷特性只作为本发明所述基于时序优化的钢厂负荷管理模型的输入量。

[0105] 3、基于时序优化的负荷管理方法建模

[0106] 完成钢厂负荷分类后，针对三类负荷建立数学模型，并寻求一种算法求解模型。

[0107] 3.1、目标函数

[0108] 钢厂负荷优化控制的目的是平抑和减小钢厂负荷功率的波动性。为此，基于时序优化，一方面控制可中断负荷的启停时刻，另一方面控制可调节负荷的有功功率。

[0109] 优化模型的目标函数如式(2)所示：

[0110] min(k1L+k2R+k3ΔP)            (2)

[0111] 其中，k1、k2、k3为多目标优化系数，L为钢厂在T个时段内的最大瞬时功率值(MW)，R为钢厂在相邻时段内的最大功率正/反向爬坡(MW)，ΔP为可调节负荷在T个时段内调节的电能(MW·h)。

[0112] 根据L、R和ΔP的定义有：

[0113]

[0114]

[0115]

[0116]

[0117] 其中，I、J、K分别为钢厂中可中断负荷、可调节负荷和刚性负荷的数量；PNJ，i、PNJ，j分别为各台可中断负荷、可调节负荷的额定功率；xi，t为第i台可中断负荷在第t个时段的启停状态，xi，t＝1表示负荷处于运行状态， xi，t＝0表示负荷处于停机状态；Pj，t为第j台可调节负荷在第t个时段的有功功率；PNKk，t为第k台刚性负荷的功率时序；Ptotal，t为第t时段钢厂负荷总功率，t0为每个时段的时间宽度。

[0118] 3.2、约束条件

[0119] 3.2.1、可中断负荷约束

[0120] 精炼炉在一段时间内的钢水产量服从钢厂的生产调度计划表。因精炼炉运行时功率维持在额定功率附近，其钢水产量与运行时长成正比关系，因此，可将精炼炉的钢水产量计划换算成运行时长计划，即第i台精炼炉在一段时间内运行总时长需要匹配生产调度计划的要求，如式(7)所示：

[0121]

[0122] 其中，PIi为T个时段内，按照钢厂生产调度计划规定的钢水产量换算成的第i台可中断负荷需要运行的总时长。

[0123] 另一方面，根据精炼炉生产工艺与实际运行状况，为保证精炼炉产品质量，一台精炼炉开启后需至少持续一段时间才能关断；在精炼炉关停后，工作人员需要对产品进行检测和换料，要求至少持续一段时间才能再次开启，即需要满足以下条件：

[0124]

[0125] 其中，bi表示第i台可中断负荷开启后至少需要持续运行的时段，di表示第i台可中断负荷关停后至少需要闲置的时段。

[0126] 3.2.2、可调节负荷约束

[0127] 可调节负荷功率上下限约束和功率爬坡速率约束如式(9)和式(10)所示：

[0128] αPNJ，j≤Pj，t≤PNJ，j         (9)

[0129] -βPNJ，j≤Pj，t+1-Pj，t≤βPNJ，j        (10)

[0130] 其中，α为可调节负荷功率调节下限占额定功率的比例系数；β为可调节负荷每个控制时段的功率可调量占额定功率的比例系数。

[0131] 3.3、求解算法

[0132] 综合式(2)所示模型的目标函数、式(3)～式(6)的优化对象定义以及式 (7)～式(10)的约束条件可知，本发明所建立的基于时序优化的负荷管理模型，是一种包含了整数变量和非整数变量的线性规划问题，可使用发展较为成熟的CPLEX混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming， MILP)计算软件求解。MILP算法相较于遗传算法等智能算法，具有求解速度快，精度高的特点。

[0133] 4、算例分析

[0134] 以中国东部某钢厂(以下简称钢厂)为例进行仿真计算和分析。钢厂含有9台精炼炉，其中3台的额定功率为35MW，其中5台的额定功率为 20MW，其中1台的额定功率为12.5MW。钢厂周围10km处有两条电解铝生产线，与钢厂负荷进行打捆，额定功率分别为
320MW和540MW。除精炼炉外钢厂其他负荷均按生产调度计划表安排进行运作，优化时序间隔t0取5s，仿真时间跨度为30min，时段总数T＝360。目标函数的多目标优化系数k1、k2、k3分别取1、1、0.1。根据生产实际要求，精炼炉开启后至少要运行1min才能关停，关停后，至少要闲置1min才能重启，因此取 bi＝di＝12。同时，根据相关文献，电解铝负荷功率下限系数α取
80％，功率调节爬坡速率系数β取1％。

[0135] 4.1、控制模式设置

[0136] 为更好地对比和分析本发明提出的钢厂负荷优化控制方法，本发明构建3种控制模式，分述如下：

[0137] 模式1：不使用时序优化方法管理精炼炉的启停时序，操作人员根据钢厂生产调度计划，凭主观经验安排精炼炉启停。

[0138] 模式2：使用本发明所述时序优化方法管理精炼炉的启停时序，不考虑电解铝的功率调节特性。

[0139] 模式3：使用本发明所述时序优化方法对管理精炼炉的启停时序，同时考虑电解铝的功率调节特性。

[0140] 4.2、模式求解

[0141] 本发明模型目标函数的关注对象主要是钢厂负荷波动性，30min的控制时间跨度内，除部分冲击负荷外，其余负荷功率波动极小，可视为恒功率负荷。故在本发明算例中，只研究钢厂内精炼炉、轧钢机和电解铝负荷的叠加功率波形。钢厂的轧钢机负荷的功率时序PNKk，t和精炼炉总运行时段数PIi均由钢厂生产调度计划得到。基于钢厂在2016年11月25日 4:00～4:30期间的生产调度计划，模式1钢厂负荷曲线可由实测数据得到，如图7-1和图7-2中的细线所示，模式2、模式3通过基于时序优化的负荷管理模型求解计算，得到优化后的钢厂负荷曲线分别如图7-1和图7-2中的粗实线所示，模式1、模式2和模式3钢厂内9台精炼炉启停时序如图 8-1、图8-2、图8-3所示，模式3中两条电解铝负荷功率柱状图如图9所示。

[0142] 由图7-1和图7-2可见，模式2与模式3相较于模式1而言，钢厂负荷功率波动明显减弱，模式3相较模式2而言，功率波动更加平缓。由图8-1、图8-2、图8-3可见，模式2与模式3在负荷管理下，适当增加了精炼炉启停的频率，单台精炼炉在半小时内的总运行时间与模式1相同。结合图7-1、图7-2与图9可见，模式3钢厂利用电解铝的可调节特性，进行功率调节的幅度并不大，总额定功率860MW的两套电解铝负荷，半小时内调节的电能仅为0.59MWh，但电解铝对钢厂负荷功率波动性的辅助削减效果明显。

[0143] 图10为三种控制模式下，钢厂在半小时内的负荷功率峰谷值、极差、 5s最大功率爬坡对比。图10可见，模式2和模式3大大减小了钢厂半小时内的负荷极差和5s最大功率爬坡，模式2相较于模式1，负荷极差减小 61％，5s最大功率爬坡减小60％；模式3相较于模式1，负荷极差减小79％， 5s最大功率爬坡减小了67％。模式3加入可调节负荷后，相较于模式
2负荷极差减小46％，5s最大功率爬坡减小17％。

[0144] 综上可见，本发明提出的基于时序优化的钢厂负荷管理方法，能有效平抑和削减钢厂冲击负荷产生的负荷功率波动，削减幅度可达60％～70％。接入电解铝等可调节负荷参与协助控制，能进一步平抑和削减钢厂负荷功率波动。

[0145] 本发明提出的一种基于时序优化的钢厂负荷管理方法，在满足钢厂生产调度计划表的情况下，能够平抑和削减钢厂功率波动，减少系统的备用容量及装机容量的需求，改善电网运行状况，提高火电机组运行的高效性和经济性，提高能源利用率，同时避免了发电机组的频繁启停，减少机组的损耗，减少运行和维护等费用。

[0146] 本发明实施例提供的一种基于时序优化的钢厂负荷管理方法至少包括如下技术效果：

[0147] 在本申请实施例中，获取钢厂内冲击负荷的负荷特性；根据钢厂内冲击负荷的负荷特性，将冲击负荷分为可中断负荷、可调节负荷和刚性负荷三类；设定目标函数、定义优化对象、设定约束条件，建立基于时序优化的钢厂负荷管理模型；通过算法求解模型，得到可中断负荷的启停时序和可调节负荷的功率时序。通过对可中断负荷的启停时序进行优化，能有效平抑和削减接入电力系统的钢厂负荷波动，减小电力系统的装机容量需求，减小碳排放，提高电力系统运行的经济效益；通过可调节负荷参与协助控制，能进一步平抑和削减钢厂负荷功率波动。

[0148] 最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。