基于多目标求解的碳酸酯低温精馏负荷调配方法及系统与流程

本发明涉及碳酸酯精馏过程优化控制领域，尤其涉及基于多目标求解的碳酸酯低温精馏负荷调配方法及系统。

背景技术：

1、碳酸酯低温精馏生产通常包括多个并行或串联协同运行的精馏单元，各单元受原料组成、进料温度、设备传热状态、塔内水力学状态以及产品需求变化影响，能够安全承担的处理负荷及其对应能耗、产品纯度和回收率并不相同。同时，多个精馏单元往往共用冷源和热源，单塔负荷变化会改变冷凝负荷和再沸负荷，并通过共享资源影响其他精馏单元。

2、现有负荷分配方式多采用固定比例、单塔独立调节或静态权重优化，难以在动态过渡过程中持续保持候选负荷轨迹满足质量、水力学、回流、温压、冷凝、再沸及负荷变化率约束。静态分配还可能把逐时刻看似可行但跨时序不可达的负荷组合为目标轨迹，且受载单元增载与供载单元资源释放不同步时，容易造成共享冷量或热量瞬时争用。模型预测偏差未被用于收紧执行边界时，也会增加局部过载、产品质量波动及不必要能源消耗的风险。

3、因此，需要一种能够解决上述现有技术不足的基于多目标求解的碳酸酯低温精馏负荷调配方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出基于多目标求解的碳酸酯低温精馏负荷调配方法及系统，针对现有技术难以根据不同精馏单元的动态响应差异，在共享冷、热资源受限的过渡过程中形成连续可达并可执行的多塔负荷分配的问题，提出状态对齐、动态可达负荷管构建、系统动态可行域内多目标非支配求解、供受载批次配平及资源分别校验、实测反馈校核和滚动更新相结合的技术方案。本发明使目标轨迹受单塔动态边界与系统共享资源共同约束，并使受载增载与对应冷凝能力和再沸能力的备用量或实测释放一致，具备减少资源争用、局部过载以及质量和安全越限的技术效果。

2、本发明提供了基于多目标求解的碳酸酯低温精馏负荷调配方法，包括：

3、s1、按控制周期采集多个精馏单元的过程测量数据及共享冷、热资源可用量，对所述过程测量数据进行时间戳对齐，得到各精馏单元的当前状态；

4、s2、根据所述当前状态和候选负荷序列，利用各精馏单元的动态响应模型预测质量指标、设备状态及冷、热负荷轨迹，并按预设运行约束逐预测时刻筛选，得到各精馏单元的动态可达负荷管；

5、s3、将所述动态可达负荷管与总进料守恒、共享冷量、共享热量和产品需求约束组合成系统动态可行域，在所述系统动态可行域内对质量指标、能耗和负荷动作进行多目标非支配求解，并从满足所述预设运行约束中的质量约束和安全约束的解中按瓶颈裕量选取目标负荷轨迹；

6、s4、根据所述当前状态与所述目标负荷轨迹之间的差额，生成供载单元减载量与受载单元增载量相配平的负荷转移批次及对应控制指令，仅在所述受载单元所需冷、热资源分别由备用量或经实测确认的供载单元释放量满足时执行增载；

7、s5、根据所述负荷转移批次执行期间的实测数据校核预测轨迹，在约束裕量不足时冻结或回撤当前负荷转移批次，并根据校核结果更新下一控制周期的动态可达负荷管。

8、可选的，s1包括：采集各精馏单元的进料流量、进料组成、进料温度、塔顶压力、塔釜温度、塔内压降、回流量、冷凝负荷、再沸负荷、产品流量和产品组成；

9、以控制周期的周期终点为对齐时刻，对一个控制周期内产生多个采样值的过程测量数据进行窗口统计，对迟于所述对齐时刻返回的产品组成化验数据按照采样时间回填，并以最近一次有效测量值及其时间戳表征未在当前控制周期更新的数据，形成包含数据时效标记的所述当前状态。

10、可选的，s2包括：所述动态响应模型包括基于物料平衡、能量平衡和气液平衡建立的机理模型以及根据历史运行数据确定的模型偏差修正部分；

11、所述质量指标包括产品纯度和回收率，所述预设运行约束包括产品纯度下限、回收率下限、塔板负荷范围或填料负荷范围、回流比范围、温度范围、压力范围、冷凝能力上限、再沸能力上限、负荷变化率上限和设备安全裕量下限；

12、将预测时域内每一预测时刻均满足所述预设运行约束的候选负荷序列保留，并以被保留的候选负荷序列的集合构成所述动态可达负荷管，使所述动态可达负荷管保留相邻预测时刻之间由所述动态响应模型确定的状态递推关系和负荷变化关系；

13、进一步的，按照精馏单元、运行约束类别、增载方向或减载方向以及预测步长，对历史控制周期内同一对应关系下的实测值与预测值之差进行分组，其中，根据所述当前状态中的进料流量、进料组成、产品流量和产品组成确定回收率实测值；

14、针对每一分组，沿使产品纯度或回收率减少或者使温压状态、塔内水力学状态、冷凝负荷或再沸负荷趋近相应运行约束边界的方向，确定覆盖该分组预设比例残差的单侧残差界；

15、将所述单侧残差界与对应测量装置的测量误差界相加，得到逐约束安全收紧量；

16、利用所述逐约束安全收紧量向可行侧移动相应运行约束边界，以修正所述动态可达负荷管，并根据修正前后受载单元可增载量的差值缩减所述批次上限。

17、可选的，s3包括：以各精馏单元的进料量之和等于系统总进料量，并使各产品流量和质量指标满足当前控制周期的产品需求设定值，分别建立所述总进料守恒约束和所述产品需求约束；

18、分别以各精馏单元的冷凝负荷之和及再沸负荷之和不超过对应共享资源可用量扣除预设备用裕量后的数值，建立共享冷量上限和共享热量上限；

19、对所述质量指标、单位能耗、处理量、安全裕量和负荷动作总变差分别进行同向归一化后确定非支配解集；

20、使每一非支配解中各精馏单元的负荷轨迹属于相应动态可达负荷管所包含的候选负荷序列；

21、针对每一非支配解，将其各项运行约束裕量经对应允许范围归一化，并以归一化裕量的下确界作为所述瓶颈裕量，从满足所述预设运行约束中的质量约束和安全约束的非支配解中选取瓶颈裕量最大的解作为所述目标负荷轨迹。

22、可选的，s4包括：按照供载单元可减载量、受载单元可增载量以及共享冷量和共享热量的可用量确定单个负荷转移批次的批次上限；

23、将总负荷差额划分为不超过所述批次上限的多个负荷转移批次，使同一负荷转移批次内的供载单元减载量之和等于受载单元增载量之和；

24、根据各所述动态响应模型确定每一负荷转移批次的进料变化轨迹，并根据所述进料变化轨迹确定对应的回流量、冷凝负荷和再沸负荷的设定轨迹，生成所述进料指令、回流指令、冷凝指令和再沸指令；

25、进一步的，将每一负荷转移批次中受载单元增载所需的冷凝能力和再沸能力分别转换为冷量令牌需求量和热量令牌需求量，将公共备用资源或者供载单元减载释放并由冷媒流量、热媒流量、调节阀阀位或换热负荷实测确认的冷凝能力和再沸能力分别转换为可用冷量令牌和可用热量令牌；

26、仅在所述受载单元取得数量满足对应需求量的可用冷量令牌和可用热量令牌后，允许执行对应增载指令；

27、将各受监测状态至对应的经所述逐约束安全收紧量修正后的运行约束边界的裕量均达到预设目标裕量下限的状态区域确定为目标裕量区，并在所述受载单元进入所述目标裕量区后，释放该受载单元占用的可用冷量令牌和可用热量令牌；

28、进一步的，为每一负荷转移批次设置资源释放确认期限和状态趋势校核条件；

29、当拟由供载单元减载释放量满足的冷量令牌需求量或热量令牌需求量在所述资源释放确认期限内未获得相对应的实测确认，或者根据连续多个控制周期的所述约束裕量确定任一运行状态趋向越过经所述逐约束安全收紧量修正后的运行约束边界时，冻结尚未执行的增载指令或按照已执行增载量生成回撤指令，并将下一负荷转移批次的批次上限缩减为不大于本次已被实测确认可安全执行的增载量。

30、可选的，s5包括：在每一负荷转移批次执行期间，将实测的压力、温度、塔内压降和产品组成与所述预测轨迹在对应时间戳的预测值进行比较，依据各实测值至相应运行约束边界的距离确定所述约束裕量；

31、当任一约束裕量小于对应设备安全裕量下限时执行异常处理，停止下发后续增载指令，并保持当前指令或者按照当前负荷转移批次的相反方向下发回撤指令；

32、将所述实测值与所述预测值的差写入相应动态响应模型的偏差修正部分，以更新下一控制周期的预测轨迹和动态可达负荷管。

33、另一方面，本发明还提供基于多目标求解的碳酸酯低温精馏负荷调配系统，包括：

34、状态构建模块，用于采集过程测量数据和共享资源可用量并进行时间戳对齐，得到各精馏单元的当前状态；负荷管生成模块，用于根据所述当前状态、候选负荷序列和动态响应模型生成各精馏单元的动态可达负荷管；目标求解模块，用于构建系统动态可行域并在所述系统动态可行域内进行多目标非支配求解，得到目标负荷轨迹；批次执行模块，用于生成负荷转移批次及对应指令，并针对受载单元增载所需的冷凝能力和再沸能力分别依据对应共享资源备用量或供载单元对应能力释放的实测确认控制所述受载单元增载；滚动校核模块，用于根据实测数据校核预测轨迹，并在约束裕量不足时冻结或回撤当前负荷转移批次以及更新下一控制周期的动态可达负荷管。

35、本发明的有益效果是：

36、1、通过由动态响应模型保留候选负荷序列跨预测时刻的状态递推关系和负荷变化关系，并在系统动态可行域内求解，可避免把逐时刻可行但跨时序不可达的负荷值重新组合为目标轨迹。

37、2、通过将跨塔目标差额分解为供载减载量与受载增载量相配平的负荷转移批次，并针对所需冷凝能力和再沸能力分别执行备用量或实测释放校验，可降低多塔过渡过程中的共享冷、热资源瞬时争用。

38、3、通过以单侧残差界和测量误差界收紧动态可达负荷管及批次上限，并在实测约束裕量不足时冻结或回撤批次，可使模型误差、共享资源状态和塔间负荷转移在滚动控制中保持一致。