空分装置将空气分离为高纯度的氧气、氮气和氨气,这些气体产品通过管网输送给钢铁企业。然而,钢铁企业的用气需求波动频繁,导致气体产品供需不平衡,时常发生供气不足或者气体放散的情况,从而产生了大量的资源浪费和经济损失。通过调度来合理地安排装置的运行方式和生产水平,使其及时响应需求侧的变化,是降低能耗、提高经济效益的有效措施之一。调度问题按照时间尺度的大小可以分为长期调度和短期调度。长期调度中调度时间尺度远大于控制过程的时间尺度,一般采用静态模型,忽略过程的动态变化;而短期调度中调度时间尺度与控制过程的时间尺度相当,此时需要考虑过程的动态特性。本文分别从长期调度和短期调度的角度,对空分管网的不确定性调度问题展开了研究,主要研究内容如下:1.针对长期调度问题,以最大化利润为目标,建立了以多联产空分装置为核心的空分管网系统的静态调度模型和多产品联合调度优化命题。首先根据物料平衡关系对各个单元装置建立生产模型,尤其对空分装置生产运行的非线性特性进行了细致分析,将其划分为不同的模态,建立分段线性代理模型来描述其生产空间,然后对氧、氮、氩三个管网的流程平衡进行刻画,最终构建的静态调度模型为混合整数线性规划(MILP)模型。2.针对长期调度中需求不确定的问题,采用了两阶段随机优化方法,建立了不确定性调度模型。第一阶段确定空分装置的启停和标称负荷等,第二阶段根据实际需求,确定空分装置的增量负荷、液化器和气化器的启停等。与确定性调度结果对比表明,不确定性调度结果可以更好地应对未来可能发生的各种情形。然后在不确定性调度模型中引入条件风险价值以衡量不同决策的风险,讨论了风险因素给利润带来的影响。3.针对短期调度问题,根据负荷变化的动态特性,建立了变负荷空分装置的降维动态模型,提出了一种基于双尺度动态模型的调度方法。在模型中采用了两种时间尺度,在慢时间尺度上决策负荷的设定值,在快时间尺度上描述负荷的动态变化过程。空分管网中其他单元装置的生产模型、管网和储槽的流程平衡等仍然沿用静态调度模型的部分。然后对比了静态调度模型和动态调度模型的结果,分析了在短期调度中采用动态调度模型的合理性。4.针对短期调度中不确定性的问题,提出了一种基于管网压力反馈的周期性再调度算法。不可测扰动导致管网预估压力与实际压力之间存在偏差,根据该偏差,采用伪线性回归算法辨识扰动模型,并对扰动进行多步预测,将预测的结果作为反馈代入到动态调度模型中进行再调度,从而构成了一个闭环。随着调度时域不断滚动向前,反馈信息不断更新,周期性的再调度可以在满足气体需求的同时,消除不确定的扰动给生产过程带来的不利影响。