生态工业园系统的演化与调控

第一章 绪论

第一节 选题的背景

第二节 生态工业系统的研究现状综述

一、生态工业系统建模方法的发展

二、生态工业系统方法的研究

第三节 课题的提出及研究目标和意义

一、研究目标

二、理论意义

三、实用价值

第四节 研究框架和方法

一、研究的技术路线

二、主要研究方法

第二章 生态工业园区系统演化研究的基本理论

第一节 复杂性科学及其研究内容

一、复杂系统理论发展背景和过程概述

二、复杂系统理论基本思想与概念

第二节 复杂适应性系统理论（CAS理论）

第三节 生态工业园系统：一类复杂适应性系统

第四节 基于多主体建模方法

第五节 CAS的建模试验平台

第三章 生态工业园区系统的逻辑模型

第一节 概述

第二节 生态工业系统中主体及其属性

第三节 生态工业共生主体及产业共生规则

第四节 产业共生体与工业剩余物交换食物链

第五节 生态整合和生态工业园区

本章小结

第四章 生态工业园区系统演化聚集的定量分析

第一节 概述

第二节 基于遗传算法的生态工业园区系统的演化分析

一、染色体结构设计和遗传算子

二、生态工业园区遗传算法

三、模型运行结果分析

第三节 生态工业园区中产业剩余物交换网的规划建模

一、规划建模的目标

二、剩余物交换规划模型构建

三、规划模型的变换及应用分析

四、实例计算

本章小结

第五章 生态工业园区系统演化聚集的定性分析

第一节 概述

第二节 生态工业园区系统的演化

一、生态工业园系统结盟稳定性分析

二、对生态工业园系统的协调控制机制博弈模型

三、生态工业园区系统演化博弈模型

第三节 生态工业园水资源供给调配管理模型

一、生态工业园区水资源配给描述

二、基于人工神经网络的生态工业园区水资源模型

三、生态工业园区水资源模型的算法设计

四、生态工业园区水资源模型的实现

第四节 工业剩余物交换网络演化特性分析

一、生态工业园区剩余物交换网的复杂网络特性

二、生态工业园区剩余物交换的复杂网络模型

三、生态工业园区复杂网络模型的运行求解

本章小结

第六章 基于Swarm平台的生态工业园区系统的仿真

第一节 概述

一、关于Swarm和ObiectiveC

二、Swarm2．2的下载和安装

三、实现一个Swarm仿真应用的基本步骤和程序基本结构

第二节 基于多主体的生态工业园区模型

第三节 生态工业园区系统的仿真实现

第四节 生态工业园区系统仿真及其调控运行结果分析

一、环境参量的调控变化对演化的影响

二、生态工业剩余物食物链中节点的变迁对演化的影响

三、外部市场的变化对演化的影响

四、剩余物治理成本的调控对系统的影响分析

本章小结

第七章 结论与展望

第一节 基本结论

第二节 主要贡献

第三节 遗留问题

第四节 应用前景

一、剩余物交换网的功能架构

二、剩余物交换网系统层次结构

三、应用展望

参考文献

致谢2100433B

《生态工业园系统的演化与调控》运用生态工业学以及生态经济学理论，借助复杂适应性理论的多主体建模思想，分析了系统内外的能量流、物流、信息流运动，抽象出了生态工业园区的要素、结构和功能。以和谐共生为主题、追求经济效益和相互消耗工业剩余物为目的，在一个开放的空间内，从产业个体意愿出发，通过演化建立生态工业立体循环网络系统模型，从不同侧面对生态工业系统进行建模和求解，并且在Swarm平台建立了它的仿真模型。采用实验运行演化的方法，观察生态工业系统在没有外部干扰下的稳定情况，研究达到这种稳定所需要的演化过程，表现这个稳定状态，分析稳定的本质。如果达不到这种稳定的状态，寻求在外界可靠技术“定位”的帮助下达到该平衡状态的方法，分析市场波动及政府宏观政策对园区的影响，研究生态工业园区的演化策略理论和方法，建立静态和动态生态经济均衡模型，以可持续发展的方法调控生态工业园区的企业种类和规模，加强生态工业共生系统的自适应能力。

研究（虚拟）生态工业园区具有重要的实际应用价值。在欧美等发达国家，出现了将传统工业开发区改建成生态工业园区的趋势。我国有数百个各种层次、各种类型的工业开发区（产业聚集区），随着环境的日益恶化，也面临着生态改造问题。我们的研究提出了在一个开放的区域范围内构建和谐的产业生态循环系统的一些方法，成果可以为政府决策提供参考，为规划、设计部门提供理论指导和实践仿真，为产业绿色技术创新提供“路线图”和行动指南。

系统中有功能较强的控制算法,应用这些算法不但能改善自动调节系统的调节品质,且对自动调节系统的运行也起到安全保护作用 。

机炉协调控制系统品质监测和偏差保护

品质监测主要用来监视输入信号是否正常。对未采取多重设置的重要信号,可以利用QC监测功能增加系统的可靠性。过程输入与给定值的偏差或调节器输出与执行机构反馈的偏差超过设定值,说明系统已经出现故障,偏差保护此时会起到安全保护作用。

机炉协调控制系统超驰控制

当系统接到事故报警、偏差越限、设备故障等异常情况时,超驰逻辑将根据事件发生的原因执行自动切手动(MRE)、优先开P(RA)、优先关(PLW)、禁止升(RAI)、禁止降(LWI)等功能,直接控制调节机构或转换当前工作方式,将系统转到预先设定好的安全状态。它是响应系统异常、切换控制方式的保护手段。

机炉协调控制系统大量使用函数算法

大容量机组在不同负荷下,机、炉和各种辅机及设备存在不同特性,利用函数算法可以比较精确地模拟被调对象的变化规律,能有效克服PID算法的局限性,扩展系统调节范围。在控制回路中不同的另一重要应用领域是处理非线性输入信号和用反函数修正各种阀门挡板特性,提高控制精度。

机炉协调控制系统系统结构先进

采用递阶控制结构,在机炉子控制回路基础上引入机炉协调级,把锅炉、汽轮机、发电机组作为一个整体加以控制。能直接接收电网中调指令,为实现电网自动调度和协调控制奠定了基础。

机炉协调控制系统控制策略合理

机炉主控制器的设计中根据机炉动态特性方面的特点引入前馈、补偿及变结构控制等技术,克服系统的称合和非线性因素,因而可获得良好的控制品质。

机炉协调控制系统系统功能完善

除正常功能调节外,还具备局部故障处理,各种运行方式切换、选择等管理功能。由于目前采用先进的分散控制系统实现,完备的画面显示功能,报警打印功能以及人机接口等形成先进的自动化系统。

动力系统的协调控制系统是把锅炉及汽轮机作为一个单元机组的整体进行综合控制时所用的控制系统，是整个动力装置控制系统的一部分,整个控制系统是由负荷控制系统（主控系统），常规控制系统（子控制系统）和负荷控制对象3大部分组成的，如图1：协调控制系统组成框图所示 。

负荷控制系统由符合指令处理部分（负荷管理控制中心）和机炉主控制器3部分组成,从机炉主控制器形成和发出的主控指令，分别去控制锅炉及汽轮机子控制系统。

机炉协调控制系统机炉协调主控器

该主控器是CCS系统工作协调的指令中心,机炉协调主控器接受并处理外部负荷指令,形成日标负荷控制信一号,控制汽机和锅炉协调动作,使机组能较快地适应负荷的增减,保持汽压在允许范围内变化,根据机组实际运行情况适时切换控制方式。

机炉协调主控器由负荷指令运算器(loaddemandeomputer)、锅炉主控器(boilermaster)及汽机主控器（turbinemaster)等组成。

1、负荷指令运算器

负荷指令运算器(LDC)LDC包括负荷指令处理回路、负荷及压力设定回路、工作方式切换逻辑等功能模块。负荷指令处理回路负责处理各种外部负荷指令并根据系统工作方式给出相应的目标负荷控制信号。压力设定及变压(sliding)、定压(eonstant)方式切换由压力设定回路来完成。

2、炉主控器

机、炉主控器各由两个独立的PID调节器构成,功率调节和压力调节各一个。功率调节器以发电机功率信号为被调过程量,LDC目标负荷为给定值,工作方式不同目标负荷内容也将不同。压力调节器以机前压力为主信号,LDC目标压力为给定值。切换逻辑使机、炉主控器组成不同的控制方式。

机炉协调控制系统燃烧控制子系统

包括燃料、送风、引风、一次风、二次风箱压差、空气预热器入口温度调节等。

1)氧量校正

锅炉烟气氧量是氧量校正调节器的主信号,给定值则引入了多元补偿的概念,由LDC目标负荷、制粉系统启动偏置以及手动偏置等多个信号组成。LDC目标负荷经过函数处理后具有高负荷低氧量、低负荷高氧量的负特性,有助于锅炉高负荷时的经济运行和低负荷时的燃烧稳定;制粉系统启动偏置分别取自4套制粉系统排粉风机入口挡板执行器阀位电流,是为了兼顾维持安全的二次风压与相对合适的风煤配比以及补偿在启停过程中对锅炉燃烧的扰动;手动偏置是为人工调整而设。锅炉主控器以机前压力为被调过程量,代表燃烧率的主控器输出先经超前/滞后处理后,再由氧量校正调节器修正,使其能在不同的负荷下保持经济燃烧。校正后的锅炉主控器输出、总风量、燃料量、蒸汽流量等信号,经过交叉限幅环节产生风量请求和燃料请求输出指令,分别控制送风和燃料调节系统在增加燃烧强度时先加风后加煤;减少燃烧强度时先减煤后减风,保证锅炉变工况时入炉煤充分燃烧,以及稳定运行时保持合适的风煤配比。由燃料量、蒸汽流量信号构成内扰抑制环节,增加燃烧调节稳定性。

2)燃料调节

燃料调节器接受氧量校正回路交叉限幅环节的燃料指令作为给定值,信号进入调节器之前,经过微分环节以减小锅炉燃烧惯性。20台给粉滑差控制器与冗余过程控制站直接接口,用软件实现单操、层操及总操。如何选取燃料率反馈信号一直是燃烧调节中的难题,该系统尝试以传统“热量”信号校正给粉机转速来代表燃料量,这样既能利用给粉机转速反应的快速性,又在一定程度上补偿因煤质变化和给粉机下粉不匀对燃烧调节产生的干扰。协调控制与常规控制主要区别在机炉协调主控器,燃烧调节采用了一些新的设想也作了简要说明,其它常规调节回路不再详述。

群体系统是由大量相互作用的自主或半自主子系统通过网络互联所构成的复杂系统。移动机器人群、传感器网络甚至社会网络都是群体系统的典型实例。近年来，在世界范围内开展了群体系统理论与应用方面的探索研究，并且取得了一系列重要成果，群体系统的协调控制是当前群体系统研究的核心内容。《群体系统的协调控制理论及其应用》在介绍该学术领域国内外最新研究进展的基础上，系统地阐述了群体系统协调控制及其应用的理论和方法。