公用工程系统能量综合与优化设计方法研究
公用工程系统论文 系统能量集成论文 罚函数-凑整算法论文
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随着能源的日益紧缺,如何提高能源的利用率成为影响国民经济发展的重要因素。作为耗能大户——过程工业中能耗最大的子系统,即公用工程系统必然要经济合理的用能,降低生产成本。随着现代科技的发展,多学科的交叉,已不再简单着眼于局部环节与单台设备的用能效率,而是采用系统能量集成进行系统的集成化设计、改造。 本文采用数学规划这一强有力的工具对公用工程系统能量综合和最优设计方法进行研究。 首先针对一般系统进行集成建模,给出了具有普适性的混合整数非线性数学模型,结合各单元的投资费用和操作费用,进行了目标函数,即年度总费用或年度总收益,和相关约束,即物料、能量、物理性能、设计参数、热力学约束等的相对具体化。 其次针对该模型非线性、非凸、多峰等特点,讨论了分支定界法、GBD法和OA法等传统求解算法的局限性,提出了罚函数一凑整算法和遗传算法的求解思路,对遗传算法的选择、交叉、变异等过程进行分析,对遗传算法初始点选择、算子设计、适应值调整和约束处理等具体实现问题提出了改进措施,并编制了相关的求解程序。 最后本文结合结构固定参数优化和结构与参数联合优化的两个实际工程项目来检验优化方法的正确性,统筹考虑构成公用工程系统的各种可能单元和组合方式,建立包含多种可能方案的超结构流程,进行了详细的MINLP建模和约束的进一步细化,在传统算法失效的前提下,利用提出的改进算法进行求解和分析,得到了较好的结果。 本文从理论和实际两方面对公用工程系统能量综合和优化设计进行研究,形成了混合整数非线性规划和遗传算法相结合的更好的公用工程系统能量综合和优化设计的方法。
1 文献综述 | 第7-13页 |
1.1 引言 | 第7-8页 |
1.2 国内外研究现状 | 第8-12页 |
1.2.1 公用工程系统优化的基本目标 | 第8-9页 |
1.2.2 公用工程系统优化的基本方法 | 第9-11页 |
1.2.3 公用工程系统优化的方法的比较 | 第11-12页 |
1.3 本文研究范围 | 第12-13页 |
2 公用工程系统优化设计集成建模与传统算法讨论 | 第13-22页 |
2.1 引言 | 第13页 |
2.2 公用工程系统优化设计集成建模的数学描述 | 第13-18页 |
2.2.1 模型的初步建立 | 第13-14页 |
2.2.2 模型的具体化 | 第14-18页 |
2.3 混合整数非线性规划传统算法讨论 | 第18-21页 |
2.4 小结 | 第21-22页 |
3 混合整数非线性规划的优化算法研究 | 第22-35页 |
3.1 引言 | 第22页 |
3.2 整型变量松弛的罚函数-凑整算法 | 第22-26页 |
3.2.1 基本思路 | 第22-23页 |
3.2.2 惩罚函数的改进 | 第23-24页 |
3.2.3 罚函数-凑整算法步骤 | 第24页 |
3.2.4 罚函数-凑整算法应用算例 | 第24-26页 |
3.3 遗传算法的研究 | 第26-34页 |
3.3.1 基本思想 | 第26页 |
3.3.2 发展概况 | 第26-27页 |
3.3.3 主要特点 | 第27-28页 |
3.3.4 基本原理和步骤 | 第28-31页 |
3.3.5 实现的几个问题 | 第31-32页 |
3.3.6 MINLP问题的遗传算法研究 | 第32-34页 |
3.4 小结 | 第34-35页 |
4 公用工程系统MINLP优化设计应用算例 | 第35-51页 |
4.1 引言 | 第35页 |
4.2 公用工程系统参数的优化设计 | 第35-43页 |
4.2.1 算例描述 | 第35-36页 |
4.2.2 模型建立与具体化 | 第36-43页 |
4.2.3 模型解算 | 第43页 |
4.2.4 结果分析 | 第43页 |
4.3 公用工程系统结构与参数的联合优化设计 | 第43-50页 |
4.3.1 算例描述 | 第43-47页 |
4.3.2 模型建立与具体化 | 第47-49页 |
4.3.3 模型解算 | 第49-50页 |
4.3.4 结果分析 | 第50页 |
4.4 小结 | 第50-51页 |
5 结论与展望 | 第51-53页 |
5.1 结论 | 第51-52页 |
5.2 展望 | 第52-53页 |
参考文献 | 第53-56页 |
致谢 | 第56-58页 |
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