基于事件树的原油调度建模方法的研究
基于多时间尺度协同的大规模原油调度进化算法
基于多时间尺度协同的大规模原油调度进化算法张莞婷;杜文莉;堵威【期刊名称】《计算机应用》【年(卷),期】2024(44)5【摘要】针对原油调度过程存在的资源规模庞大、约束条件复杂、多时间尺度决策衔接困难等问题,提出一种基于多时间尺度协同的进化算法(MTCEA)。
首先,根据炼油企业的规模结构和实际需求,建立了一种大规模多时间尺度原油调度优化模型,该模型由面向资源的中长期调度模型和面向操作的短期调度模型构成,通过引入原油资源动态分组策略,实现原油资源的合理配置,以满足不同的调度规模、多时间尺度的特征和精细化生产的要求;其次,为促进不同时间尺度调度决策的融合衔接,设计基于多时间尺度协同的进化算法,并针对不同时间尺度调度模型中的连续决策变量构造子问题进行求解,以实现不同时间尺度调度决策之间的协同优化;最后,在3个实际工业案例进行了算法性能验证。
结果表明,与3种具有代表性的大规模进化优化算法(即竞争性粒子群优化算法(CSO)、基于多轨迹搜索的自适应差分进化算法(SaDE-MMTS)和基于混合模型的进化策略(MMES))以及3种高性能混合整数非线性规划(MINLP)数学求解器(即ANTIGONE(Algorithms for coNTinuous/Integer Global Optimization of Nonlinear Equations)、SCIP(Solving Constraint Integer Programs)和SHOT(Supporting Hyperplane Optimization Toolkit))相比,MTCEA的求解最优性指标和稳定性指标分别提高了30%和25%以上。
这些显著的性能提升验证了MTCEA在大规模多时间尺度原油调度决策中的实际应用价值和优势。
【总页数】9页(P1355-1363)【作者】张莞婷;杜文莉;堵威【作者单位】能源化工过程智能制造教育部重点实验室(华东理工大学)【正文语种】中文【中图分类】TP278【相关文献】1.基于多精英协同进化遗传算法的云资源调度2.基于形式概念分析的大规模全局协同进化优化算法3.基于协同进化粒子群算法的水库优化调度与应用4.基于二维编码两阶段协同进化遗传算法的云工作流调度优化5.基于多策略协同进化差分算法的社区居民负荷优化调度因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
离散和连续时间模型在原油调度问题中的应用
问题
如何根据实际情况选择合适的数学模 型？如何将离散时间模型和连续时间 模型进行有效的结合？如何提高模型 的求解效率和精度？
02
离散时间模型在原油调度中的 应用
离散时间模型的建立
离散时间模型将时间划分为一系列离散的时间点，例如小时、天或周，然 后根据这些时间点的数据来建立数学模型。
模型的优缺点比较
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离散时间模型
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优点：离散时间模型将时间划分为一系列离散的时间段， 便于处理时间间隔较短的情况，计算相对简单。
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缺点：离散时间模型无法准确描述时间连续变化的情况， 对于长期预测和大规模系统可能存在精度不足的问题。
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离散时间模型还可以用于评估不同调度策略的经济效益和风险，为决策者提供参考 依据。
03
连续时间模型在原油调度中的 应用
连续时间模型的建立
连续时间模型通过将时间离散化，将 原油调度的过程看作一个连续的时间 序列，考虑了原油的运输、储存和加 工等环节的时间消耗和相互影响。
连续时间模型通常采用微分方程或差 分方程来表示，能够精确地描述原油 在各个节点上的状态变化和流动情况 。
ABCD
优化算法如线性规划、整 数规划等可用于求解离散 时间模型中的最优化问题 。
元启发式算法如蚁群算法 、粒子群算法等可用于求 解离散时间模型中的复杂 优化问题。
离散时间模型的应用实例
在一个实际的原油调度问题中，离散时间模型可以用于规划原油的运输路径、确定 运输时间和数量等。
通过离散时间模型，可以预测不同时间点的原油库存量、加工量和运输量等，从而 优化调度计划。
基于改进多参数解聚技术的原油调度问题全局优化算法研究
度 问题成 为一类 非凸的Ｍ Ｉ Ｎ Ｌ Ｐ 问题 ，对于规模稍 大的
问题找到可行解都很困难。现有 文献 的一般 求解 方法
是利用组 分浓度变量 上下界对 双线性项进 行线性 化 ，
求解松 弛后 的混合整数线 性规划 （ ＭＩ Ｐ ） 问题 。即便 如
此， 对于大规模问题求解时间依然很 长 ， 且 会造成同一
第２ ９卷 第 ２期
２ ０１ ３年 ２ 月
科 技 通 报
Ｂ ＵＬ Ｌ ＥＴ Ｉ Ｎ ＯＦ Ｓ ＣＩ Ｅ ＮＣ Ｅ ＡＮ １ ）ＴＥ Ｃ ＨＮＯＩ ＯＧＹ
Ｖｏ １ ． ２９ Ｎｏ ． ２ Ｆ ｅ ｂ． ２ ０ｌ ３
基于改进 多参数解聚技术 的原油调度 问题 全局优化算 法研究
油罐付油和罐 内存油组分浓度不一致 的问题 ［ ４ １ 。因此 ， 文献 ｆ ９ 】 采用ＭＩ Ｐ — Ｎ Ｌ Ｐ求解过程 ， 即先求解松 弛双线性
项 的Ｍ Ｉ Ｐ问题 ，然后根 据ＭＩ Ｐ问题的解 固定原 Ｍ Ｉ Ｎ Ｌ Ｐ
ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ｄ ｉ ｓ ａ ｇ ｇ ｒ ｅ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
０ 引 言
炼油企业原油调度问题 的主要决策是根据 当前采 购生产计 划和实 际生产 运营情况来 制定原 油卸载 、 输 送和加工方案… 。 优化 的原油调度方案能够带来巨大的 经济效益阁 。 由于同时包含原油流动 的连续批量决策和 油罐分配等离散事件决策Ｉ ３ １ ， 建模 的关键 是时间约束的 表达 。 过去的 １ ５ 年间 ， 研究人 ： ｃ ｕｄ ｒ ｅ ｏ ｉ ｌ ｓ ｃ ｈ ｅ ｄ ｕ ｌ ｉ ｎ ｇ ； ｍ ａ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｍ ｉ ｎ ｇ ； ｍｉ ｘ ｅ ｄ — ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｅ ｒ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ； ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｍ ｉ ｎ ｇ（ ＭＩ Ｎ Ｌ Ｐ ） ； ｇ ｌ ｏ ｂ ａ ｌ ｏ ｐ ｔ ｉ —
基于决策树与蒙特卡罗模拟集成模型的石油勘探投资决策分析
分析 步 骤 主要 包 括 ：① ｌ 田 ｉ 石 油 勘探 投 资决 策树
的分 支结构 ；② 预 测 石 油勘 探 过 程 中 可 能发 生 的
各 种 结 果 出现 的概 率 及其 对 应 的损 益 值 ；③ 计 算
枝 表 示一 个 可 供选 择 的方 案 ；符号 “ ｏ” 表 示 的 节 点 称 为状 态点 ，从状 态点 引 ｝ ｎ 若 十 条直 线 ，每 条 直 线 代 表 一 个 自然 状 态 及 其 ［ １ ｒ 能 …班的概率 ，
面临 的 全 部 决策 方 案 和 可能 出现 的各 种 自然 状 态 以及 在 同状 态下 的收 益 值 （ 或 损 失值 ） ，体现 出 整 个决 策 问题 在 时 间 或 空 问上 不 同阶段 的详 细 决
２ ． １ 决策树 模型 决 策树 是 不 确 定性 风 险 决 策 中 常用 的一 种 方
业 于东南 大学 系统 Ｔ程专、 ．长期从 石油 化项
口风 险 吐化 评估 的 应 用和 恭础 理 沦 的十 Ｈ 天研 究 Ｉ 作
４ ４｝
Ｊ 义 武． Ｊ Ｉ ¨ 决策例ｔ 』 蒙特 卜 拟 成恢Ｊ ， Ｊ ｆ ｝ ｉ 助探投资决策分 忻
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ＰＥＴＲ０ ＬＥＵＭ ＆ ＰＥＴＲ０ＣＨＥＭ Ｉ ＣＡ Ｌ Ｔ０ ＤＡＹ
基于决策树与蒙特卡罗模拟集成模型的 石油勘探投资决策丁程 （ 集团 ） 股 份有 限公 司，北 京 １ ０ ０ １ ０ １ ）
摘
要 ：针 对传统 决策树模 型不能订 效揣述 油勘探投 资决 策的 内外部 险的 不确 定性特 ， 使用 慨率 分布函数描述受到这 风险影响而允满不确定性 的参数 ，许综合 芎虑信息价 值卡 ｆ Ｉ 指数 掣效川 数 ，提 …基于决策｛ ＊ ｆ 与蒙特卡罗模拟 集成 的钉油勘 探多阶段投资决 策模型 最后 ．运 川案例 洋细 分析和验证 ｒ模型的科学性和有效性 决策树 指数 效川 函数 风险容忍度 蒙特卡 罗模拟
基于序的原油调合调度问题
ｐｏ ｅｓｃｎｒｌ ｒｃｓ ｏ ｔ ，ＡＰ ）和 优 化技 术 可 以 实现 目标 ｏ Ｃ
的 更 准 确 控 制 ， 因 此 可 以 有 效 降 低 能 源 消 耗 ，从 ２ 世 纪 ８ 年 代 以来 ，先 进 控 制 与 优 化 技 术 在 石 油 ０ Ｏ
仿 真 结 果表 明 ，基 于 序 的求 解 算 法 可 以 大 幅 度提 高 计 算 效 率 。 关 键 词 ：原 油 调 合 ；调度 ；序 中图 分 类 号 ： ７ ＴＰ ２ ３ 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：Ｏ ３ — １ ５ （ ０ ０ ２ ０ ６ —０ ４ ８ １ ７ ２ １ ）０ — ３ ５ ４
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ｃ ｎｎ ｔ ａ ｏ ｗｏ ｋ ｅ ｌ ｉ ． ｒ ｒ ａ ｔｍｅ Ｆｏｒ ｈｅ ｏ ｌ— ｃ ｓ ｒ ｔ ｒ ｔ ｄ ｕｂ ｅ ｄｅ ｋ ｔ ｕｃ ｕ ｅ， ａ ｏｐ ｉ ｚ ｔｏ ｓ ｈ ｍｅ ｎ ｔｍｉａ ｉ ｎ ｃ ｅ ｂａ ｅ ｏ ｏ ｄ ｒ ｓ ｄ ｎ ｒ ｅ ｗａ ｓ
ｐｒ ｓ ｎｔ ｄ Ｂｙ ｔ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ａ ｔｃ ｌ ａ ａ ｆ ｃ ｕ ｅ ｏ ｌｄｉｔｌａ ｉ ｒ ｎｇ ｅ ｅ ｅ ． ｈｅ ｓｍ ｌｔｏ ｎ ｔ ｅ ｐｒ ｃ ｉａ ｄ ｔ ｏ ｒ ｄ ｉ ｓｉｌ ｔｏｎ ａ ｅ， ｔ ｅ ａ ｇ ｉｈｍ ｓ ｄ Ｏ ｈ ｌ ｏｒｔ ｂａ ｅ ｎ ｏ ｄｅ ｏ ｄ ｉ ｐｒ ｖ ｈｅ ｃ ｍ ｐｕ ａ ｉ ｎａ ｆｉｉｎｃ ｉ ｉｉ ａ ｌ ． ｒ ｒ ｃ ｕｌ ｍ ｏ ｅ ｔ ｏ ｔ ｔｏ ｌｅ ｆｃ ｅ ｙ ｓｇｎ ｆｃ ｎｔｙ Ｋｅ ｒ ： ｃ ｕ ｅ ｏ ｌｂ ｅ ｄｉ ｙ ｗｏ ｄｓ ｒ ｄ ｉ ｌ ｎ ｎｇ； ｓ ｈ ｄ ｉ ｃ ｅ ｕｌ ｎｇ；ｏ ｄｅ ｒ ｒ
利用调度优化模型研究原油调合方案的可行性
控制与优化石油炼制与化工PETROLEUM PROCESSING AND PETROCHEMICALS2018年2月第49卷第2期利用调度优化模型研究原油调合方案的可行性周祥(中国石化石油化工科学研究院，北京100083)摘要：针对某沿海炼油企业拟投用原油调合系统以稳定混炼原油的性质，设计方案要求将部分码头罐的操作模式 由混储改为单储的情况，采用约束规划与数学规划复合建模，实现了码头至厂区大容积长输线模拟，建立了该企业的原油 调度优化模型并研究了设计方案的可行性。
针对240h调度周期、10种可加工原油、3艘到港油轮的复杂工况进行了优化 计算。
结果表明：该设计方案具备可行性，且油轮仍可实现到港即卸油，蒸馏装置混炼油种也可长时间保持稳定；模型的优 化计算时间较短（小于15min)，且对长输线收付及存油情况模拟准确，复合建模方法满足工业应用要求。
关键词：原油调合调度优化模型复合建模长输线原油成本在炼油企业经营成本中所占比例超 过90%[1]，混炼低成本的劣质原油和机会原油是 多数企业提高效益和竞争力的重要举措，而这也 造成企业加工油种频繁切换，炼油装置进料性质 大幅波动。
通过先进的优化与控制手段可保障蒸 馏及二次加工装置平稳运行，并提升原油储运环 节的自动化和信息化水平。
原油调度是调合系统 的“大脑”，用于制定较长周期内的原油储运操作 工序，并形成调合控制指令。
有研究表明，优化原油 调度可为炼油企业带来每年上千万美元的效益[23]。
某沿海炼油企业拟投用原油调合系统以减少 蒸馏装置混炼原油的性质波动，将调合硬件设施 集中布置于码头是投资最少的设计方案。
此方案 要求所有码头罐均储存单油种（单储），以提高调 合比例控制精度，然而目前该企业的码头罐区担 负向厂区中转混合原油的职能，储存混合原油（混 储)是其操作常态，改为单储是否可行尚无定论。
本研究针对该企业原油储运的流程及特点，建立 原油调度优化模型并通过计算考察设计方案的可 行性。
基于瞬态模拟的原油处理系统强烈段塞流分析研究
一
一
象 ，应 用 Ｏ Ｌ Ｇ Ａ（ 全 动 态 多相 流模 拟 计算 ）软 件 进 行 瞬态 模 拟 ，主 要 模 拟 原 油 从 油 油换 热器 出 来 经 过
该 油 田原 油处 理 规 模 ５ ０ ０万 ｔ ／ ａ ，原 油 进 站 温度 ４ ５～５ ５ ℃ ，进 站 压 力 １ ． １ ＭＰ ａ 。单 井 原 油 经 计 量 站 后
有水 动力段 塞流 、地形起伏诱发段塞流和强烈段 塞 流 川 。段 塞 流 多 发 生 于 油气 集输 系 统 ，井 流 物从 井
第２ ５ 卷
第 ２期
石 油 规 划 设 计
２ ９
高 压 压 缩机 卜 ． 电＿ 巫 堕 卜
匝 — 堕
田原 油 处 理 系 统 中需 要 关 注 的 问 题 。
图１ 原油处理系统工艺流程
１ ． ２ 段 塞 流 的形 成分 析 整 个 原 油处 理 系 统 中 ，多 相 流 出 现 的位 置 主 要
２ ８
第２ ５ 卷
第２ 期
石 油 规 划 设 计
２ ０ １ ４ 年３ 月
文章 编号 ：１ ０ ０ ４ － ２ ９ ７ ０（ ２ ０ １ ４ ）０ ２ — ０ ０ ２ ８ — ０ ４
张 国栋 罗 焕
王 杰
（ 中 国石油 集 团工程 设计 有限 责任 公司 北京 分公 司 ）
张 国栋 等 ．基 于 瞬 态模 拟 的 原 油 处 理 系 统强 烈 段 塞 流 分析 研 究 ．石油 规 划 设 计 ，２ Ｏ １ ４，２ ５（ ２）：２ ８～
基于AHP_DEMATEL的原油储罐火灾爆炸事故分析
Voa.43 No.2Ape.2021第43卷第2期2021年4月武汉理工大学学报(信息与管理工程版)JOURNAL OF WUT ( INFORMATINN & MANAGEMENT ENGINEERING )文章编号：2095 -3852(2021)02 -0131 -06文献标志码:A基于AHP _DEMATEL 的原油储罐火灾爆炸事故分析段宇航，董绍华，方卓锂,谢书懿，张光宇，彭玉杰(中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院，北京102249)摘要:为解决层次分析法研究原油储罐火灾爆炸事故时主观性太强，忽略各个致因因素之间相互影响的问题，运用AHP_DEMATEL 对原油储罐火灾爆炸事故进行分析，引入综合权重的概念，使得分析结果更加 准确。
即先建立原油储罐火灾爆炸事故指标体系，确立该事故的16个致因因素；然后利用层次分析法(AHP )判断两两致因因素之间的相对权重，结合决策实验室分析法(DEMATEL )分析各致因因素之间的相互影响，进而得出各致因因素的综合权重％研究结果表明:不正确穿戴防护用品、罐体破坏、防爆设备故障、防静电装置失效、定期检查不到位是引起原油储罐火灾爆炸事故的主要致因因素，分析结果符合实际，可为减少原 油储罐火灾爆炸事故发生提供理论支撑％关键词:原油储罐;火灾爆炸;层次分析法(AHP );决策实验室分析法(DEMATEL );事故预防中图分类号：TE88 DOI ：10. 3963/j.issn.2O95 -3852.2021.02.006随着世界石油行业的日益发展，我国已建成 使用7 000多座大型储罐，致力于加强储备国家战略石油的能力，罐区内单罐的容积多为10 - 15 万m 3，最高可达20万m 3。
众所周知，石油是由原油加工而成，因此作为储存与转发介质的原油储罐发挥着极其重要的作用％然而，原油储罐大型化、密集化的发展趋势使我国储罐安全形势不 容乐观[1]%近年来，国内原油储罐安全事故常有 发生。
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收稿日期:2008-09-08;修改稿收到日期:2008-10-30。
作者简介:张玉坤(1984-),男,硕士,研究方向为过程模拟、原油调度、生产计划等。
基于事件树的原油调度建模方法的研究张玉坤,李初福,邹来禧,何小荣(清华大学化学工程系,北京100084)摘要 提出一种基于事件树的原油混输调度建模和优化方法。
采用自然语言建模,定义系统的事件和某一时刻的系统状态,建立针对每种类型事件的事件触发规则。
求解时,用事件树来描述调度周期内各种事件发生时系统的可行状态,在搜索过程中事件触发规则和操作约束被用来限制搜索方向,采用将原油调度系统划分成码头调度子系统和厂区调度子系统的分解集成求解策略。
采用该方法成功求解了一个时间为1周、2艘油轮、6个码头罐、6个厂区罐、2套常减压蒸馏装置、6种原油的调度问题,表明此方法是切实可行的。
关键词:原油调度 连续时间 事件树 自然语言 建模1 前 言原油的品质,如硫含量、一次轻烃(350e 以下馏分)收率等,对常减压蒸馏装置有很大的影响。
不同地区的原油品质差异很大,各种原油要进行适当的混合以满足常减压蒸馏装置对原油质量的要求。
原油混输调度对确保整个生产流程安全、平稳和高效运行具有重要意义。
目前求解原油调度问题主要采用数学规划法。
按时间的表达方法不同,可将数学规划模型分为离散时间模型[1-5]和连续时间模型[6-9]。
1996年,以调度周期内储油罐库存最小为优化目标,在不考虑原油混输的情况下,Shah 建立了一个基于离散时间的混合整数线性规划(M ILP)模型[1]。
同年,Lee 等[2]提出了一个以操作成本最小为优化目标的离散时间M ILP 模型,对混合油操作产生的非线性约束采用了线性化近似的方法。
2004年,Reddy [3]等建立了一个离散时间混合整数非线性规划(MINLP)模型,以总利润最大为目标函数,采用迭代求解M ILP 的方法来近似求解。
采用离散时间表达方法建模,虽然模型结构简单,模型的规模和求解效率却与时间段的长度相关。
为了保证模型的精度,通常要求时间段的长度非常小,这会导致问题的规模变大,计算时间大大增加。
而如果时间段长度较大的话,则得到的模型过于粗糙。
由于离散时间表达方法固有的局限,连续时间表达方法因更接近于真实情况而引起关注。
连续时间表达方法又可分为基于设备时间段、基于事件点、基于任务顺序等多种方法。
Jia [6]和M oro 等[7]分别提出了基于连续时间的M ILP 模型。
2004年Reddy 等[8]提出了基于同步时间段的MINLP 模型。
2007年,胡益炯等[9]建立了一个基于异步时间段的M INLP 模型,采用析取切平面的分支定界算法。
由于混合油操作引入了非线性约束,导致M INLP 问题为非凸,目前直接求解非凸的MINLP 问题还比较困难。
另外,随着问题规模的扩大,例如增加油轮、油罐数目或延长调度周期,变量和约束大量增加,会使得数学规划模型求解时间过长,甚至无法获得可行解。
近年来,专家系统技术、逻辑推理和优化技术等人工智能方法开始应用于原油混输调度问题。
2006年,高鸷等[10]将约束规划方法应用在原油调度中,只需给出问题的逻辑描述即可编程实现,并且可以利用问题的先验知识来指导解的搜索过程。
本课题提出一种基于事件树的炼油厂原油调度建模和优化方法。
采用自然语言建模,定义系统的事件和某一时刻的系统状态,建立针对每种类型事件的事件触发规则。
求解时,用事件树来描述调度周期内各种事件发生时系统的可行状态,在搜索过程中事件触发规则和操作约束被用来限制搜索方向,采用将原油调度系统划分成码头调度子系统和厂区调度子系统的分解集成求解策略。
石 油 炼 制 与 化 工2009年3月 P ET RO LEU M P ROCESSIN G A N D PET R OCH EM ICA L S第40卷第3期2 问题描述建立的原油混输调度系统的结构示意见图1。
该调度系统由油轮、码头输油管线、码头原油罐、码头-厂区输油管线、厂区原油罐和常减压蒸馏装置构成。
码头只有一个油轮泊位,油轮到港后,将原油卸载到码头罐,码头罐里的原油通过码头-厂区输油管线混输至厂区罐,供给常减压蒸馏装置。
假定硫含量和一次轻烃收率决定原油的质量。
图1 原油混输调度系统结构示意已知信息:¹每种原油的硫含量和一次轻烃收率;º每艘油轮的到港时间、油仓个数以及每个油仓装载的原油量和原油类型;»油轮原油的卸载速率,码头-厂区输油管线的输油速率;¼每个码头罐的期初工作状态、期初原油库存和原油类型、最大原油储量和最小原油储量;½每个厂区罐的期初工作状态、期初原油库存、最大原油储量和最小原油储量,可供给的常减压蒸馏装置编号;¾码头-厂区输油管线的原油容量、期初原油类型;¿每套常减压蒸馏装置的原油加工速率、对进料原油的质量要求;À调度周期长度。
需要确定的信息:¹每艘油轮的卸载方案;º码头罐原油的混输调度方案;»厂区罐原油的调度方案。
必须遵守的操作约束:¹如果码头无空闲泊位,油轮到港后应在海上等待;º一艘油轮只能同时往一个码头罐卸载一种原油;»油轮的工作状态为不在码头、等待、卸载原油三者中的一种;¼原油罐的工作状态为闲置、往罐里加油、往外输油三者中的一种;½原油罐用空之后方能往罐里加油;¾一个厂区罐一次只能给一套常减压蒸馏装置供油;¿一套常减压蒸馏装置只能有一个给它供油的厂区罐;À在任意时刻,有两个码头罐的原油按比例混合进入码头-厂区输油管线;Á在调度周期内,常减压蒸馏装置和码头-厂区输油管线都持续运行。
3 建模和求解方法3.1 系统的事件和事件触发规则原油调度系统在某一时刻的状态包含的信息为:¹每个原油罐的工作状态(闲置、往罐里加油或往外输油);º每个原油罐的原油储量和原油类型;»码头泊位上的油轮编号、油轮的工作状态(不在码头、等待或卸载原油)、油轮的原油量以及原油类型;¼码头罐原油的混输速率。
通过分析现实生产中原油调度系统的操作方式,定义如下事件:¹E 1,油轮到港;ºE 2,油轮某一油仓的原油卸空;»E 3,原油罐被加满;¼E 4,原油罐被卸空;½E 5,进入码头-厂区输油管线的混合原油质量要求发生改变。
当上述事件发生时,务必要采取相应的操作,改变系统的状态。
因此,建立了针对每种类型事件的事件触发规则,用以确定事件发生时系统的状态应当如何改变。
多个事件同时发生是允许的。
5类事件,对应5条事件触发规则,具体如下:¹事件触发规则1。
E 1发生时,如果码头有空罐,选择其中一个开始卸油,此时该油轮的工作状态应改为卸载原油,被选中的码头罐工作状态应改为往罐里加油,同时修改该码头罐的原油类型;如果码头没有空罐,则该油轮的工作状态应改为等待。
º事件触发规则2。
E 2发生时,判断该油轮其它油仓是否有油以及码头是否有空罐,如果油轮各油仓均已卸空,则油轮离开码头;如果油轮其它油仓还有原油并且码头有空罐,则选择空的码头罐进行卸油,修改该码头罐的原油类型,该码头罐的工作状态改为往罐里加油;如果油轮其它油仓有原油,但码头无空罐,则修改油轮的工作状态为等待。
»事件触发规则3。
E 3发生时,选择其它空罐接收原油。
¼事件触发规则4。
对于厂区原油罐,E 4发生时,选择有油的厂区罐继续往常减压蒸馏装置供油。
对于码头原油罐,E 4发生时,首先要切换码头输油罐,选择两个能够保证混合原油满足原油质量要求的有油的码头罐,其工作状态改为往外输油,调整原油混合比例;其次,判断油轮是否处于等待状态,如果油轮处于等待状态,则往空的码头罐卸油,油轮的工作状态改为卸载原油,该码头罐的工作状态改为往罐里加油,如果码头无油轮或者油轮正在卸载原油,则保持当前状态。
½事件触发规则5。
E 5发生时,应当切换码头输油罐,选择两个能够保证48 石 油 炼 制 与 化 工 2009年 第40卷混合原油满足新的质量要求的码头罐,其工作状态改为往外输油,并调整原油混合比例。
3.2 时间表达方法采用基于事件点的连续时间表达方法。
在时间轴上,所有操作都是在某个事件点上发生。
事件点记录了发生在某个时刻的所有事件。
在事件点上进行的操作由这些事件所对应的事件触发规则来确定。
原油混输调度方案是按事件发展的时间顺序来组织的,可以用调度周期内每个事件点所对应的系统状态来描述。
3.3 事件树及其求解方法在原油混输调度问题中,事件树是根据事件触发规则和操作约束表示某些事件发生时系统可行状态的图形。
随着时间的延续和各种事件的发生,这个图形就像一棵树的枝叶一样展开,故称之为事件树。
事件树由节点和箭头构成。
每个节点代表某一时刻系统的状态,节点之间用箭头相连,一个箭头表示一条可行路径,时间沿着箭头的方向增加。
从期初节点出发,沿着可行路径至调度周期末的节点,构成了一个可行解。
事件树包含了所有可行解的详细信息。
求得了事件树,也就得到了系统的所有可行解。
事件树结构示意见图2,其中ET 为采用数学方法描述事件树时引入的一个向量。
事件树的节点作为ET 的元素,节点在事件树中的位置用一个整数n 来表示。
事件树的位置编号从0开始,ET [0]表示事件树的期初节点,ET [n ]表示事件树中第n 个位置的节点。
由于每个节点代表了某一时刻系统的状态,ET [n ]也可以用来表示事件树中第n个节点所对应的系统状态。
图2 事件树结构示意事件树的结构单元见图3。
事件树是由图3所示的结构单元构成,每个结构单元由两层节点构成,第二层节点是由第一层T 1时刻的节点ET [n 1]计算得到的,代表了T 2时刻事件集合E m 发生时系统所有的可行状态。
图3 事件树结构单元示意根据事件触发规则和操作约束,可以从一个节点出发,计算其下一层的可行节点,计算步骤如下:¹已知系统在T 1时刻的状态ET [n 1],判断可能发生的事件E ij ,得到所有可能发生的事件集合E p ;º计算事件E ij 可能发生的时间T ij ,得到E p 中每个事件对应的时间集合T p ;»求T p 中的最小值T m ;¼判断T m 时发生事件的集合E m ;½取T 2=T m ,根据事件触发规则和操作约束,计算T 2时系统所有的可行状态,每种可行状态对应第二层节点中的一个。
事件树结构单元的计算是求解事件树的核心,在此基础上,采用如下的广度优先搜索策略得到整棵事件树:¹从事件树某一层第一个节点开始,至该层最后一个节点,求解得到的可行路径和相应的节点构成了事件树的下一层;º从期初节点出发,反复采用¹中的方法进行计算,直至调度周期末,就得到了完整的事件树。