(12)發(fā)明專利(22)申請日2022.03.04(43)申請公布日2022.09.09地址美國賓夕法尼亞州(56)對比文件審查員尚曉娟司72001專利代理師尚恩垚司昆明用于監(jiān)控工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的操作特性提供了一種監(jiān)控包括多個工業(yè)氣體設(shè)備的學(xué)習(xí)模型分配給形成所述工業(yè)氣體設(shè)備綜合體預(yù)測每個相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定的未來時間段內(nèi)的操作特性；以及將每個相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定的未來時間段內(nèi)的預(yù)測的操作特性21.一種監(jiān)控包括多個工業(yè)氣體設(shè)備的工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的操作特性的方法，所述方法由至少一個硬件處理器執(zhí)行，所述方法包括：將機(jī)器學(xué)習(xí)模型分配給形成所述工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的所述工業(yè)氣體設(shè)備中的每個，所述工業(yè)氣體設(shè)備包括用于生產(chǎn)氫氣的氫氣生產(chǎn)設(shè)備、用于生產(chǎn)氮?dú)獾目諝夥蛛x單元(ASU)和用于生產(chǎn)氨的氨生產(chǎn)設(shè)備；基于接收到的關(guān)于相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)，為每個工業(yè)氣體設(shè)備訓(xùn)練相應(yīng)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型；對每個工業(yè)氣體設(shè)備執(zhí)行訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以預(yù)測關(guān)于每個相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定的未來時間段內(nèi)的操作特性，以在給定對所述預(yù)定的未來時間段內(nèi)可用的預(yù)測功率的總量和儲存中的氫氣量的約束下，最大化氨產(chǎn)量并生產(chǎn)足夠量的氫氣以支持氨生產(chǎn)；基于通過執(zhí)行所述訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型預(yù)測的操作特性，為所述工業(yè)氣體設(shè)備生成設(shè)定點(diǎn)，以用于所述預(yù)定的未來時間段中，使得所述工業(yè)氣體設(shè)備在所述預(yù)定的未來時間段期間操作時最大化氨產(chǎn)量，從而基于所述預(yù)定的未來時間段可用的預(yù)測功率的總量，在所述預(yù)定的未來時間段內(nèi)生產(chǎn)盡可能多的氨；所述工業(yè)氣體設(shè)備利用生成的設(shè)定點(diǎn)在所述預(yù)定的未來時間段期間生產(chǎn)氨，從而在所述預(yù)定的未來時間段內(nèi)生產(chǎn)盡可能多的氨；使關(guān)于每個相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備在所述預(yù)定的未來時間段內(nèi)的預(yù)測的操作特性數(shù)據(jù)與在對應(yīng)的時間段內(nèi)的測量的操作特性數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以針對氮?dú)狻焙蜌錃獾纳a(chǎn)和/或儲存識別工業(yè)氣體設(shè)備性能上的偏差，以識別所述工業(yè)氣體設(shè)備綜合體中的未來問題；以及基于識別的未來問題安排至少一項補(bǔ)救措施，以避免所述工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的未計劃的停機(jī)，所述至少一項補(bǔ)救措施包括基于儲存單元的容量安排維護(hù)，以在進(jìn)行維護(hù)時維持所述工業(yè)氣體設(shè)備綜合體提供的服務(wù)的連續(xù)性。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中比較的步驟在所述預(yù)測的操作特性數(shù)據(jù)的預(yù)定的未來時間段結(jié)束時或在其中的時間戳處執(zhí)行。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中比較的步驟包括使所預(yù)測在預(yù)定的時間窗口內(nèi)的預(yù)測的操作特性數(shù)據(jù)與在相同時間窗口內(nèi)的實際測量的操作特性數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中接收到的關(guān)于所述相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)包括從所述相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的過程或參數(shù)的直接測量獲得的數(shù)據(jù)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中接收到的關(guān)于所述相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)包括從表示所述相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的操作特性的基于物理的模型獲得的數(shù)據(jù)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中將與所述相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的過程或參數(shù)相關(guān)的測量數(shù)據(jù)輸入到相應(yīng)的基于物理的模型中。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中利用關(guān)于每個工業(yè)氣體設(shè)備的預(yù)測的操作特性來確定預(yù)測的未來資源、未來故障和/或預(yù)測的未來維護(hù)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氫氣生產(chǎn)設(shè)備包括多個電解槽模塊。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中為所述電解槽模塊中的每個分配機(jī)器學(xué)習(xí)模型。310.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在另外的模型中利用關(guān)于每個相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的預(yù)測的操作特性來生成所述工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的操作性能度量。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述操作性能度量包括所述工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的效率值。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所確定的效率值能夠?qū)崿F(xiàn)對所述氨生產(chǎn)設(shè)備針對給定水平的能量輸入所產(chǎn)生的氨的預(yù)測的確定。13.一種用于監(jiān)控包括多個工業(yè)氣體設(shè)備的工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的操作特性的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個硬件處理器，所述硬件處理器是可操作的以執(zhí)行：將機(jī)器學(xué)習(xí)模型分配給形成所述工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的所述工業(yè)氣體設(shè)備中的每個，所述工業(yè)氣體設(shè)備包括用于生產(chǎn)氫氣的氫氣生產(chǎn)設(shè)備、用于生產(chǎn)氮?dú)獾目諝夥蛛x單元(ASU)和用于生產(chǎn)氨的氨生產(chǎn)設(shè)備；基于接收到的關(guān)于相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)，為每個工業(yè)氣體設(shè)備訓(xùn)練相應(yīng)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型；對每個工業(yè)氣體設(shè)備執(zhí)行訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以預(yù)測關(guān)于每個相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定的未來時間段內(nèi)的操作特性，以在給定對所述預(yù)定的未來時間段內(nèi)可用的預(yù)測功率的總量和儲存中的氫氣量的約束下，最大化氨產(chǎn)量并生產(chǎn)足夠量的氫氣以支持氨生產(chǎn)；基于通過執(zhí)行所述訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型預(yù)測的操作特性，為所述工業(yè)氣體設(shè)備生成設(shè)定點(diǎn)，以用于所述預(yù)定的未來時間段中，使得所述工業(yè)氣體設(shè)備在所述預(yù)定的未來時間段期間操作時最大化氨產(chǎn)量，從而基于所述預(yù)定的未來時間段可用的預(yù)測功率的總量，在所述預(yù)定的未來時間段內(nèi)生產(chǎn)盡可能多的氨；將生成的設(shè)定點(diǎn)提供給所述工業(yè)氣體設(shè)備的控制系統(tǒng)，以在所述預(yù)定的未來時間段期間控制所述工業(yè)氣體設(shè)備，從而在所述預(yù)定的未來時間段內(nèi)生產(chǎn)盡可能多的氨；使關(guān)于每個相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備在所述預(yù)定的未來時間段內(nèi)的預(yù)測的操作特性數(shù)據(jù)與在對應(yīng)的時間段內(nèi)的測量的操作特性數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以針對氮?dú)狻焙蜌錃獾纳a(chǎn)和/或儲存識別工業(yè)氣體設(shè)備性能上的偏差，以識別所述工業(yè)氣體設(shè)備綜合體中的未來問題；以及基于識別的未來問題安排至少一項補(bǔ)救措施，以避免所述工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的未計劃的停機(jī)，所述至少一項補(bǔ)救措施包括基于儲存單元的容量安排維護(hù)，以在進(jìn)行維護(hù)時維持所述工業(yè)氣體設(shè)備綜合體提供的服務(wù)的連續(xù)性。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中比較的步驟在所述預(yù)測的操作特性數(shù)據(jù)的預(yù)定的未來時間段結(jié)束時或在其中的時間戳處執(zhí)行。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中比較的步驟包括使所預(yù)測在預(yù)定的時間窗口內(nèi)的預(yù)測的操作特性數(shù)據(jù)與在相同時間窗口內(nèi)的實際測量的操作特性數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中接收到的關(guān)于所述相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)包括從所述相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的過程或參數(shù)的直接測量獲得的數(shù)據(jù)。17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中接收到的關(guān)于所述相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)包括從表示所述相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的操作特性的基于物理的模型獲得的數(shù)據(jù)。418.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中利用關(guān)于每個工業(yè)氣體設(shè)備的所述預(yù)測的操作19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中在另外的模型中利用關(guān)于每個相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的所述預(yù)測的操作特性來生成所述工業(yè)氣體設(shè)備20.一種存儲指令的程序的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述指令的程序可由機(jī)器執(zhí)行以執(zhí)將機(jī)器學(xué)習(xí)模型分配給形成所述工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的所述工業(yè)氣體設(shè)備中的每個，所述工業(yè)氣體設(shè)備包括用于生產(chǎn)氫氣的氫氣生產(chǎn)設(shè)備、用于生產(chǎn)氮?dú)獾目諝夥蛛x單元(ASU)和用于生產(chǎn)氨的氨生產(chǎn)設(shè)備；基于接收到的關(guān)于相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)，為每個工業(yè)對每個工業(yè)氣體設(shè)備執(zhí)行訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以預(yù)測關(guān)于每基于通過執(zhí)行所述訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型預(yù)測的操作特性，為所述工業(yè)氣體設(shè)備生成設(shè)將生成的設(shè)定點(diǎn)提供給所述工業(yè)氣體設(shè)備的控制系統(tǒng)，以在所述預(yù)定的未來時間段期使關(guān)于每個相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備在所述預(yù)定的未來時間段內(nèi)的預(yù)測的操作特性數(shù)據(jù)及基于識別的未來問題安排至少一項補(bǔ)救措施，以避免所述工5用于監(jiān)控工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的操作特性的方法和設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及用于監(jiān)控包括多個工業(yè)氣體設(shè)備的工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的操作特性的方法和系統(tǒng)。背景技術(shù)[0002]工業(yè)氣體設(shè)備綜合體可以包括一個或多個生產(chǎn)氣體或參與氣體的生產(chǎn)的工藝設(shè)備。在非限制性的實例中，這些氣體可以包括：氣態(tài)、液化或壓縮形式的工業(yè)氣體、商業(yè)氣[0003]示例性的工業(yè)氣體是氨。氨是使用來自水電解的氫氣和從空氣中分離出來的氮?dú)馍a(chǎn)的。然后將這些氣體送入哈伯-博世(Haber-Bosch)工藝，其中氫氣和氮?dú)庠诟邷睾透邏合乱黄鸱磻?yīng)以生成氨。[0004]一般而言，無論工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的類型或配置如何，期望的是此類綜合體在基本穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行。構(gòu)成設(shè)備綜合體的一部分的任何設(shè)備中的意外故障、計劃外維護(hù)或效率損失可能導(dǎo)致不期望的停工期、顯著降低的生產(chǎn)速率和不良的功率利用率。發(fā)明內(nèi)容[0005]以下以簡化的形式介紹了一些概念，以便提供對本公開的一些方面的基本理解。以下不是本公開的廣泛概述，并且不旨在識別本公開的關(guān)鍵或重要要素或描繪本公開的范圍。以下僅概述了本公開的一些概念，作為此后提供的更詳細(xì)描述的序言。[0006]根據(jù)第一方面，提供了一種為包括一個或多個存儲資源的一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備確定和利用來自一個或多個可再生功率源的預(yù)測的可用功率資源的方法，所述方法由至少一個硬件處理器執(zhí)行，所述方法包括：獲得與一個或多個可再生功率源相關(guān)聯(lián)的歷史時間相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)；獲得與所述一個或多個可再生功率源相關(guān)聯(lián)的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)；基于歷史時間相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)和歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)來訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型；執(zhí)行訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以預(yù)測一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定的未來時間段內(nèi)的可用功率資源；以及響應(yīng)于針對預(yù)定的未來時間段的預(yù)測的可用功率資源來控制一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備。[0007]在實施例中，控制一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備包括使針對預(yù)定的未來時間段的預(yù)測的可用功率資源的使用最大化。[0008]在實施例中，存儲資源包括一個或多個工業(yè)氣體存儲容器和/或一個或多個能量存儲資源。[0009]在實施例中，一個或多個能量存儲資源包括以下中的一個或多個：電池能量存儲[0010]在實施例中，使預(yù)測的功率資源的使用最大化進(jìn)一步包括響應(yīng)于預(yù)測的可用功率資源來控制工業(yè)氣體存儲容器和/或一個或多個能量存儲資源的利用率。[0011]在實施例中，控制利用率包括利用算法從一組存儲資源中選擇一個或多個存儲資6源，用于作為時間的函數(shù)的預(yù)測的功率可用性的給定模式。[0012]在實施例中，存儲資源的選擇基于存儲資源的物理特性。[0013]在實施例中，一個或多個可再生功率源包括以下中的一種或多種：太陽能功率源；[0015]在實施例中，操作特性數(shù)據(jù)包括來自一個或多個可再生功率源的功率輸出。[0016]在實施例中，在預(yù)定的訓(xùn)練時間周期性地執(zhí)行訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型的步驟。[0017]在實施例中，在訓(xùn)練時間，基于在一個或多個預(yù)定的歷史時間窗內(nèi)獲得的歷史時間相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)和歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)來訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型。[0018]在實施例中，所述方法進(jìn)一步包括將針對預(yù)定的未來時間段的預(yù)測的功率資源的值與預(yù)測時間段結(jié)束時的實際功率資源進(jìn)行比較，以生成預(yù)測誤差值。[0020]在實施例中，基于預(yù)定的經(jīng)驗間隔來選擇預(yù)定的訓(xùn)練時間，除非預(yù)測誤差值在預(yù)定的經(jīng)驗間隔內(nèi)超過預(yù)定的閾值。[0021]在實施例中，一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備包括具有至少一個電解槽的氫氣生產(chǎn)設(shè)[0022]在實施例中，一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備包括氨生產(chǎn)設(shè)備綜合體，其包含氫氣生產(chǎn)[0023]在實施例中，機(jī)器學(xué)習(xí)模型包括以下中的一個或多個：梯度增強(qiáng)算法；長短期記憶[0024]根據(jù)第二方面，提供了一種為包括一個或多個存儲資源的一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備確定和利用來自一個或多個可再生功率源的預(yù)測的可用功率資源的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：至少一個硬件處理器，所述硬件處理器是可操作的以執(zhí)行：獲得與一個或多個可再生功率源相關(guān)聯(lián)的歷史時間相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)；獲得與所述一個或多個可再生功率源相關(guān)聯(lián)的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)；基于歷史時間相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)和歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)來訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型；執(zhí)行訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以預(yù)測一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定的未來時間段內(nèi)的可用功率資源；以及響應(yīng)于針對預(yù)定的未來時間段的預(yù)測的可用功率資源來控制一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備。[0025]根據(jù)第三方面，提供了一種存儲指令的程序的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述指令的程序可由機(jī)器執(zhí)行以執(zhí)行一種為包括一個或多個存儲資源的一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備確定和利用來自一個或多個可再生功率源的預(yù)測的可用功率資源的方法，所述方法包括：獲得與一個或多個可再生功率源相關(guān)聯(lián)的歷史時間相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)；獲得與所述一個或多個可再生功率源相關(guān)聯(lián)的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)；基于歷史時間相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)和歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)來訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型；執(zhí)行訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以預(yù)測工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定的未來時間段內(nèi)的可用功率資源；以及響應(yīng)于針對預(yù)定的未來時間段的預(yù)測的可用功率資源來控制一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備。[0026]根據(jù)第四方面，提供了一種監(jiān)控包括多個工業(yè)氣體設(shè)備的工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的操作特性的方法，所述方法由至少一個硬件處理器執(zhí)行，所述方法包括：將機(jī)器學(xué)習(xí)模型分7配給形成工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的每個工業(yè)氣體設(shè)備；基于接收到的相應(yīng)工業(yè)氣體設(shè)備的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)，為每個工業(yè)氣體設(shè)備訓(xùn)練相應(yīng)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型；對每個工業(yè)氣體設(shè)備執(zhí)行訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以預(yù)測每個相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定的未來時間段內(nèi)的操作特性；以及將每個相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定的未來時間段內(nèi)的預(yù)測的操作特性數(shù)據(jù)與在相應(yīng)的時間段內(nèi)的測量的操作特性數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以識別工業(yè)氣體設(shè)備性能的偏[0027]在實施例中，比較的步驟在預(yù)測的操作特性數(shù)據(jù)的預(yù)定的未來時間段結(jié)束時或在其中的時間戳處執(zhí)行。[0028]在實施例中，比較的步驟包括將針對預(yù)定的時間窗口預(yù)測的預(yù)測操作特性數(shù)據(jù)與針對相同時間窗口的實際測量操作特性數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。[0029]在實施例中，接收到的相應(yīng)工業(yè)氣體設(shè)備的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)包括從相應(yīng)工業(yè)氣體設(shè)備的過程或參數(shù)的直接測量獲得的數(shù)據(jù)。[0030]在實施例中，接收到的相應(yīng)工業(yè)氣體設(shè)備的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)包括從表示相應(yīng)工業(yè)氣體設(shè)備的操作特性的基于物理的模型獲得的數(shù)據(jù)。[0031]在實施例中，與相應(yīng)工業(yè)氣體設(shè)備的過程或參數(shù)相關(guān)的測量數(shù)據(jù)被輸入到相應(yīng)的基于物理的模型中。[0032]在實施例中，利用每個工業(yè)氣體設(shè)備的預(yù)測操作特性來確定預(yù)測的未來資源、未來故障和/或預(yù)測的未來維護(hù)。[0033]在實施例中，一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備包括具有多個電解槽模塊的氫氣處理設(shè)[0034]在實施例中，為每個電解槽模塊分配機(jī)器學(xué)習(xí)[0035]在實施例中，在另外的模型中利用每個相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的預(yù)測操作特性來生成工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的操作性能度量。[0036]在實施例中，操作性能度量包括工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的效率值。[0037]在實施例中，工業(yè)氣體設(shè)備綜合體包括氨設(shè)備綜合體，并且所確定的效率值使得能夠?qū)崿F(xiàn)對給定水平的能量輸入所產(chǎn)生的氨的預(yù)測確定。[0038]根據(jù)第五方面，提供了一種用于監(jiān)控包括多個工業(yè)氣體設(shè)備的工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的操作特性的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個硬件處理器，所述硬件處理器是可操作的以執(zhí)行將機(jī)器學(xué)習(xí)模型分配給形成工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的每個工業(yè)氣體設(shè)備；基于接收到的相應(yīng)工業(yè)氣體設(shè)備的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)，為每個工業(yè)氣體設(shè)備訓(xùn)練相應(yīng)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型；對每個工業(yè)氣體設(shè)備執(zhí)行訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以預(yù)測每個相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定的未來時間段內(nèi)的操作特性；以及將每個相應(yīng)工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定的未來時間段內(nèi)的預(yù)測的操作特性數(shù)據(jù)與相應(yīng)時間段內(nèi)的測量操作特性數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以識別工業(yè)氣體設(shè)備性能的偏差。[0039]在實施例中，比較的步驟在預(yù)測的操作特性數(shù)據(jù)的預(yù)定的未來時間段結(jié)束時或在其中的時間戳處執(zhí)行。[0040]在實施例中，比較的步驟包括將針對預(yù)定的時間窗口預(yù)測的預(yù)測操作特性數(shù)據(jù)與針對相同時間窗口的實際測量操作特性數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。[0041]在實施例中，接收到的相應(yīng)工業(yè)氣體設(shè)備的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)包括從8相應(yīng)工業(yè)氣體設(shè)備的過程或參數(shù)的直接測量獲得的數(shù)據(jù)。[0042]在實施例中，接收到的相應(yīng)工業(yè)氣體設(shè)備的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)包括從表示相應(yīng)工業(yè)氣體設(shè)備的操作特性的基于物理的模型獲得的數(shù)據(jù)。[0043]在實施例中，利用每個工業(yè)氣體設(shè)備的預(yù)測操作特性來確定預(yù)測的未來資源、未來故障和/或預(yù)測的未來維護(hù)。[0044]在實施例中，在另外的模型中利用每個相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的預(yù)測操作特性來生成工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的操作性能度量。[0045]根據(jù)第六方面，提供了一種存儲指令的程序的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述指令的程序可由機(jī)器執(zhí)行，以執(zhí)行監(jiān)控包括多個工業(yè)氣體設(shè)備的工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的操作特性的方法，所述方法由至少一個硬件處理器執(zhí)行，所述方法包括：將機(jī)器學(xué)習(xí)模型分配給形成工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的每個工業(yè)氣體設(shè)備；基于接收到的相應(yīng)工業(yè)氣體設(shè)備的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)，為每個工業(yè)氣體設(shè)備訓(xùn)練相應(yīng)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型；對每個工業(yè)氣體設(shè)備執(zhí)行訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以預(yù)測每個相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定的未來時間段內(nèi)的操作特性；以及將每個相應(yīng)工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定未來時間段內(nèi)的預(yù)測操作特性數(shù)據(jù)與在相應(yīng)時間段內(nèi)的測量操作特性數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以識別工業(yè)氣體設(shè)備性能的偏差。[0046]根據(jù)第七方面，提供了一種控制工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的方法，所述工業(yè)氣體設(shè)備綜合體包括由一個或多個可再生功率源提供動力的多個工業(yè)氣體設(shè)備，所述方法由至少一個硬件處理器執(zhí)行，所述方法包括：從所述一個或多個可再生功率源接收針對預(yù)定的未來時間段的時間相關(guān)的預(yù)測功率數(shù)據(jù)；接收每個工業(yè)氣體設(shè)備的時間相關(guān)的預(yù)測操作特性數(shù)據(jù)；利用優(yōu)化模型中的預(yù)測功率數(shù)據(jù)和預(yù)測特性數(shù)據(jù)來生成多個工業(yè)氣體設(shè)備的狀態(tài)變量的集合；利用所生成的狀態(tài)變量為所述多個工業(yè)氣體設(shè)備生成控制設(shè)定點(diǎn)的集合；以及將控制設(shè)定點(diǎn)發(fā)送到控制系統(tǒng)，以通過調(diào)整工業(yè)氣體設(shè)備的一個或多個控制設(shè)定點(diǎn)來控制工業(yè)氣體設(shè)備綜合體。[0047]在實施例中，優(yōu)化模型將預(yù)測的功率數(shù)據(jù)和預(yù)測的特性數(shù)據(jù)定義為非線性方程的集合。[0048]在實施例中，通過求解非線性方程的集合來生成狀態(tài)變量。[0049]在實施例中，時間相關(guān)的預(yù)測功率數(shù)據(jù)從訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型生成。[0050]在實施例中，時間相關(guān)的預(yù)測功率數(shù)據(jù)通過以下來獲得：獲得與一個或多個可再生功率源相關(guān)聯(lián)的歷史時間相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)；獲得與所述一個或多個可再生功率源相關(guān)聯(lián)的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)；基于所述歷史時間相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)和所述歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)來訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型；以及執(zhí)行訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型以預(yù)測所述一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定的未來時間段內(nèi)的可用功率資源。[0051]在實施例中，時間相關(guān)的預(yù)測操作特性數(shù)據(jù)從每個工業(yè)氣體設(shè)備的訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型生成。[0052]在實施例中，通過以下來獲得每個工業(yè)設(shè)備的時間相關(guān)的預(yù)測操作特性數(shù)據(jù)：將機(jī)器學(xué)習(xí)模型分配給形成工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的每個工業(yè)氣體設(shè)備；基于接收到的相應(yīng)工業(yè)氣體設(shè)備的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)，為每個工業(yè)氣體設(shè)備訓(xùn)練相應(yīng)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型；以及為每個工業(yè)氣體設(shè)備執(zhí)行訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型以預(yù)測每個相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定的未來時間段內(nèi)的操作特性。9[0053]在實施例中，工業(yè)氣體設(shè)備綜合體包括存儲資源，所述存儲資源包括一個或多個工業(yè)氣體存儲容器和/或一個或多個能量存儲資源。[0054]在實施例中，一個或多個能量存儲資源包括以下中的一個或多個：電池能量存儲[0055]在實施例中，預(yù)測的功率數(shù)據(jù)進(jìn)一步包括表示存儲資源的操作參數(shù)的數(shù)據(jù)。[0056]在實施例中，表示存儲資源的操作參數(shù)的數(shù)據(jù)包括以下中的一個或多個：資源存[0057]根據(jù)第八方面，提供了一種用于控制包括由一個或多個可再生功率源提供動力的多個工業(yè)氣體設(shè)備的工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：至少一個硬件處理器，所述硬件處理器是可操作的以執(zhí)行：從所述一個或多個可再生功率源接收針對預(yù)定的未來時間段的時間相關(guān)的預(yù)測功率數(shù)據(jù)；接收每個工業(yè)氣體設(shè)備的時間相關(guān)的預(yù)測操作特性數(shù)據(jù)；利用優(yōu)化模型中的預(yù)測的功率數(shù)據(jù)和預(yù)測的特性數(shù)據(jù)來生成多個工業(yè)氣體設(shè)備的狀態(tài)變量的集合；利用所生成的狀態(tài)變量為所述多個工業(yè)氣體設(shè)備生成控制設(shè)定點(diǎn)的集合；以及將控制設(shè)定點(diǎn)發(fā)送到控制系統(tǒng)，以通過調(diào)整工業(yè)氣體設(shè)備的一個或多個控制設(shè)定點(diǎn)來控制工業(yè)氣體設(shè)備綜合體。[0058]在實施例中，優(yōu)化模型將預(yù)測的功率數(shù)據(jù)和預(yù)測的特性數(shù)據(jù)定義為非線性方程的集合。[0059]在實施例中，通過求解非線性方程的集合來生成狀態(tài)變量。[0060]在實施例中，時間相關(guān)的預(yù)測功率數(shù)據(jù)從訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型生成。[0061]在實施例中，時間相關(guān)的預(yù)測操作特性數(shù)據(jù)從每個工業(yè)氣體設(shè)備的訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型生成。[0062]根據(jù)第九方面，提供了一種存儲指令的程序的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述指令的程序可由機(jī)器執(zhí)行，以執(zhí)行控制包括由一個或多個可再生功率源提供動力的多個工業(yè)氣體設(shè)備的工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的方法，所述方法由至少一個硬件處理器執(zhí)行，所述方法包括：從所述一個或多個可再生功率源接收針對預(yù)定的未來時間段的時間相關(guān)的預(yù)測功率數(shù)據(jù)；接收每個工業(yè)氣體設(shè)備的時間相關(guān)的預(yù)測操作特性數(shù)據(jù)；利用優(yōu)化模型中的預(yù)測的功率數(shù)據(jù)和預(yù)測的特性數(shù)據(jù)來生成多個工業(yè)氣體設(shè)備的狀態(tài)變量的集合；利用所生成的狀態(tài)變量為所述多個工業(yè)氣體設(shè)備生成控制設(shè)定點(diǎn)的集合；以及將控制設(shè)定點(diǎn)發(fā)送到控制系統(tǒng)，以通過調(diào)整工業(yè)氣體設(shè)備的一個或多個控制設(shè)定點(diǎn)來控制工業(yè)氣體設(shè)備綜合體。[0063]在實施例中，優(yōu)化模型將預(yù)測的功率數(shù)據(jù)和預(yù)測的特性數(shù)據(jù)定義為非線性方程的集合。[0064]在實施例中，通過求解非線性方程的集合來生成狀態(tài)變量。[0065]在實施例中，時間相關(guān)的預(yù)測功率數(shù)據(jù)從訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型生成，和/或時間相關(guān)的預(yù)測操作特性數(shù)據(jù)從每個工業(yè)氣體設(shè)備的訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型生成。附圖說明[0066]現(xiàn)在將僅通過實例并參考附圖來描述本發(fā)明的實施例，其中：[0067]圖1是工業(yè)氣體設(shè)備綜合體和控制系統(tǒng)的示意圖；[0068]圖2是圖1的控制系統(tǒng)的詳細(xì)示意圖；[0069]圖3是示出了使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的模型的測量的和預(yù)測的風(fēng)力功率值的[0070]圖4是示出了使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的模型的測量的和預(yù)測的太陽能功率值的[0071]圖5是根據(jù)實施例的方法的流程圖；[0072]圖6是根據(jù)實施例的方法的流程圖；[0073]圖7是示出了過程變量的效率模型的圖；[0074]圖8是在48小時預(yù)測的時間段內(nèi)作為時間的函數(shù)的最佳氨設(shè)備速率的圖；和[0075]圖9是根據(jù)實施例的方法的流程圖。[0076]通過參考下面的具體實施方式，可以最好地理解本公開的實施例及其優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)理解，相同的附圖標(biāo)記用于識別一個或多個附圖中所示的相同元件，其中，其中的示出是為了說明本公開的實施例，而不是為了限制本公開的實施例。具體實施方式[0077]現(xiàn)在將描述本公開的各種實例和實施例。以下描述提供了具體的細(xì)節(jié)，以用于全面理解和能夠描述這些實例。然而，相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，本文描述的一個或多個實施例可以在沒有許多這些細(xì)節(jié)的情況下實施。同樣，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員也將理解，本公開的一個或多個實施例可以包含在本文中沒有詳細(xì)地描述的其他特征和/或功能。另外，一些熟知的結(jié)構(gòu)或功能可能不會在下面詳細(xì)地示出或描述，以避免不必要地模糊相關(guān)描[0078]圖1示出了工業(yè)氣體設(shè)備綜合體10和控制系統(tǒng)100的示意圖。[0079]工業(yè)氣體設(shè)備綜合體10包括氫氣生產(chǎn)設(shè)備12、氫氣存儲單元14、空氣分離單元(ASU)16、氨合成設(shè)備18和氨存儲單元20.氨存儲單元20被連接至用于向前分配氨的外部供應(yīng)鏈22。[0080]用于為工業(yè)氣體設(shè)備綜合體10提供動力的電力至少部分地由可再生能源(例如風(fēng)24和/或太陽能26)生成，盡管也可以任選地利用其他來源，諸如柴油、汽油或氫動力功率產(chǎn)生機(jī)(未示出)或國家電網(wǎng)(未示出)。[0081]為了解決來自可再生來源的功率供應(yīng)的間歇性，提供了能量存儲資源28。能量存儲資源28可以包括一個或多個資源存儲裝置或能量存儲裝置。例如，一個或多個資源存儲裝置可以包含氫氣存儲單元14。通過電解生產(chǎn)氫氣需要大量的功率，并且使用存儲的氫氣作為用于生產(chǎn)氨的氫源可以在低可再生功率供應(yīng)期間顯著地降低工業(yè)氣體設(shè)備綜合體10的功率消耗。此外，液氮?dú)獯鎯ζ?6a也可以作為能量存儲資源28的一部分提供，如圖1所[0082]此外或可替代地，在非窮盡性的布置中，能量存儲裝置可以包括以下中的一個或多個：電池能量存儲系統(tǒng)(BESS)28a、壓縮/液態(tài)空氣能量系統(tǒng)(CAES或LAES)28b或抽水水力存儲系統(tǒng)(PHSS)28c。[0083]BESS28a利用電化學(xué)技術(shù)，并且可能包括以下中的一種或多種：鋰離子電池、鉛酸電池、溴化鋅、鈉硫或氧化還原液流電池。諸如電池的電化學(xué)裝置在快速充電速率和快速(幾乎瞬時)斜坡速率方面具有優(yōu)勢，以供應(yīng)功率來應(yīng)對能源供應(yīng)的突然下降。然而，它們的11功率容量往往比其他系統(tǒng)更有限。因此，它們可能更適合在例如來自可再生來源的功率短缺預(yù)計是暫時的或持續(xù)時間較短的情況下使用。[0084]CAES28b壓縮空氣，并將空氣存儲在約70巴的高壓下。它通常被存儲在地下洞穴[0085]LAES28b包括空氣液化器以從環(huán)境中抽取空氣并壓縮和冷卻空氣以實現(xiàn)液化。液化的空氣然后被存儲在絕緣罐中，直到需要功率。為了將液化的空氣轉(zhuǎn)化為可用能量，將液態(tài)空氣泵送至高壓并通過熱交換器加熱。產(chǎn)生的高壓氣體用于驅(qū)動渦輪機(jī)以生成電力。有比電化學(xué)存儲裝置慢的斜坡速率，并且需要更長時間來存儲更大量的能量。例如，壓縮級在滿負(fù)荷下操作可能需要約5-10分鐘，并且按需生成滿功率需要10-20分鐘。因此，此類存儲裝置更適合于長期存儲并且更適合于在可再生能源長期短缺期間供應(yīng)功率。[0087]PHSS28c通過將水從較低海拔蓄水池泵送到較高海拔蓄水池，以重力勢能的形式存儲能量。當(dāng)需要功率時，水被釋放以驅(qū)動渦輪機(jī)。一些PHSS裝置利用可逆的泵-渦輪機(jī)單[0088]考慮到PHSS配置的大存儲容量，它們通常適合于長期存儲。此外，特別是對于可逆的泵渦輪機(jī)，從停機(jī)到滿負(fù)荷功率生成的約5-10分鐘的時間尺度，從停機(jī)到泵送的約5-30分鐘的時間尺度，以及從泵送到負(fù)荷生成的約10-40分鐘的時間尺度，或者反之亦然是常見[0089]雖然在圖1中示出了所有這些元件，但這僅用于說明的目的。能量存儲資源28不需要包括每個所描述的元件，并且可以僅包括一個或多個所描述的元件。此外，能量存儲資源28可以包括附加元件。[0090]現(xiàn)在將詳細(xì)地描述工業(yè)氣體設(shè)備綜合體10的部件。[0091]氫氣生產(chǎn)設(shè)備12[0092]氫氣生產(chǎn)設(shè)備12是可操作的以電解水來形成氫和氧?？梢允褂萌魏魏线m的水源。然而，在使用海水來生產(chǎn)用于電解的水的實施例中，該設(shè)備將進(jìn)一步包括至少一個用于處理海水的脫鹽和脫礦質(zhì)設(shè)備。[0093]氫氣生產(chǎn)設(shè)備12包括多個電解單元12a、12b……12n或電解池。每個單元或池可以[0094]電解槽可以使氫氣生產(chǎn)設(shè)備12具有至少1GW的總?cè)萘?。然而，氫氣生產(chǎn)設(shè)備12的最終容量僅受到諸如功率供應(yīng)的實際考慮的限制。[0095]可以使用任何合適類型的電解槽。在實施例中，多個電解槽通常由組合成“模塊”數(shù)百個池，并且可以將其分組在不同的建筑物中。每個模塊通常具有大于10MW的最大容量，盡管這不旨在是限制性的。[0096]任何合適類型的電解槽都可以用于本發(fā)明。通常，使用三種常規(guī)類型的電解槽-堿[0097]堿性電解槽通過電解質(zhì)將氫氧離子(OH)從陰極輸送到陽極，其中在陰極側(cè)生成氫氣。通常，使用氫氧化鈉或氫氧化鉀的液體堿性溶液作為電解質(zhì)。[0098]PEM電解槽利用固體塑料材料作為電解質(zhì)，并且水在陽極處反應(yīng)以形成氧氣和帶正電荷的氫離子。電子流過外部電路，并且氫離子選擇性地移動穿過PEM到達(dá)陰極。在陰極，氫離子與來自外部電路的電子結(jié)合以形成氫氣。[0099]固體氧化物電解槽使用固體陶瓷材料作為電解質(zhì)，其在高溫下選擇性地傳導(dǎo)帶負(fù)電荷的氧離子(02)。陰極處的水與來自外部電路的電子結(jié)合，以形成氫氣和帶負(fù)電荷的氧離子。氧離子通過固體陶瓷膜，并在陽極處反應(yīng)以形成氧氣，并且為外部電路生成電子。[0100]電解槽可以被布置成任何合適的組。例如，它們可以平行布置。[0101]氫氣由氫氣生產(chǎn)設(shè)備12在約大氣壓下產(chǎn)生。如此生成的氫氣流在稍微升高的壓力下從電解槽中移除，并且可以通過管道被輸送到氨合成設(shè)備18。[0102]可替代地，任何超過需求的氫氣可以被存儲在氫氣存儲單元14中。氫氣存儲單元14包括具有不同尺寸、填充/排出速率和往返效率的多個短期和長期存儲選項。典型的存儲系統(tǒng)可以包含連接到公共入口/出口集管的壓力容器和/或管道區(qū)段。例如，壓力容器可以是直徑為約25m的球體，或“彈丸”,它們是具有大L/D比率(通常高達(dá)約12:1)且具有高達(dá)約12m的直徑的水平容器。在某些地區(qū)，地下洞穴作為存儲系統(tǒng)被包括，以消除與可再生功率相關(guān)的季節(jié)性變化。[0103]優(yōu)選地，氫氣由壓縮機(jī)壓縮并在壓力下被存儲在氫氣存儲單元14中以減少體積需求。在這一點(diǎn)上，它可以在商業(yè)上使用(例如出售用于汽車用途),或者可以通過管道30用作氨合成設(shè)備18的儲器。[0104]任選地，可以實施純化系統(tǒng)以在繼續(xù)使用之前純化或干燥氫。例如，氫氣可以在吸附單元中被干燥，諸如用于下游工藝的變溫吸附(TSA)單元。[0105]空氣分離單元16[0106]在非限制性的實施例中，通過在空氣分離單元(ASU)16中低溫蒸餾空氣來生產(chǎn)氨生產(chǎn)所需的氮?dú)?。通常，ASU16在約10巴的壓力下操作。然后降低壓力以在一個或多個管道中提供氮?dú)饬?，所述管道被布置成將氮?dú)廨斔偷桨焙铣稍O(shè)備18.然而，如果需要，可以使用[0107]還可以提供液氮?dú)獯鎯ζ?6a,其可以用作如下所述的資源存儲器。液氮?dú)獯鎯ζ?6a可以與氫氣存儲單元14共同包括具有不同尺寸、填充/排放速率和往返效率的多個短期和長期存儲選項。[0108]典型的用于氮?dú)獾拇鎯ο到y(tǒng)可以包括連接至公共入口/出口集管的多個壓力容器率(通常高達(dá)約12:1)且具有高達(dá)約12m的直徑的水平容器。在某些地區(qū)，地下洞穴可以用于消除與可再生功率相關(guān)的季節(jié)性變化。[0109]優(yōu)選地，氮?dú)庥蓧嚎s機(jī)壓縮，并在壓力下被存儲在液氮?dú)獯鎯ζ?6a中，以減少體積需求。它可以用作氨合成設(shè)備18的儲器，所述儲器可以通過連接管道進(jìn)料。[0110]氨合成設(shè)備18[0111]氨合成設(shè)備18以哈伯-博世工藝操作，并且包括氨回路。氨回路是單個單元平衡反應(yīng)系統(tǒng)，其處理氮?dú)夂蜌錃獾暮铣蓺庖陨a(chǎn)氨。[0112]氮?dú)庥蓙碜訟SU16的一個或多個管道提供，在實施例中，所述空氣分離單元可連續(xù)地運(yùn)行以提供氮?dú)?。氫氣由來自氫氣生產(chǎn)設(shè)備12的一個或多個管道(如果它在給定情況下基于可再生功率的可用性運(yùn)行的話)提供。否則氫氣從氫氣存儲單元14供給。[0113]合成氣的化學(xué)計量組成由合成氣壓縮機(jī)系統(tǒng)處理，并且所得到的氨產(chǎn)品由另一組壓縮機(jī)制冷并送往存儲器。氨回路的性能由放熱反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率決定。用于此的參數(shù)將在下文討論。[0114]電力生成和管理系統(tǒng)[0115]工業(yè)氣體設(shè)備綜合體10作為整體的電力可以由任何合適的能源(包含可再生或不可再生能源)生成。如圖1所示，電力由風(fēng)能24(經(jīng)由包括多個風(fēng)力渦輪機(jī)的合適的風(fēng)力功率產(chǎn)生場)和/或太陽能26(經(jīng)由包括多個太陽能電池的太陽能功率產(chǎn)生場)中的至少一個可再生能源產(chǎn)生。此外，可以使用其他可再生能源，例如水力功率源(未示出)和/或潮汐功率源(未示出)。[0116]此外，工業(yè)氣體設(shè)備綜合體10作為整體或工業(yè)氣體設(shè)備綜合體10的子設(shè)備的電力或資源可以從能量存儲資源28中提取。如參照圖1所述，能量存儲資源28可以包括一個或多個存儲資源。例如，一個或多個存儲資源可以包含氫氣存儲單元14和液氮?dú)獯鎯ζ?6a。[0117]此外或可替代地，在非窮盡性的布置中，能量存儲裝置可以包括以下中的一個或多個：電池能量存儲系統(tǒng)(BESS)28a、壓縮/液態(tài)空氣能量系統(tǒng)(CAES或LAES)28b或抽水水力存儲系統(tǒng)(PHSS)28c。[0118]當(dāng)來自可再生來源的電力供應(yīng)高或被預(yù)測為高時，這些元件被最佳地用于存儲額外的資源和/或能量，然后當(dāng)可再生電力資源被預(yù)測為低時，利用這些資源和/或能量。[0119]下面將描述這些設(shè)施的預(yù)測和控制。在最佳條件下選擇這些設(shè)施非常重要，使得例如為特定的預(yù)測的功率短缺期選擇正確的能源。[0120]控制系統(tǒng)100[0121]圖1的控制系統(tǒng)100在圖2的示意圖中詳細(xì)地示出。[0122]控制系統(tǒng)100包括三個主要類別：設(shè)備綜合體控制系統(tǒng)110、可再生能量控制系統(tǒng)120和優(yōu)化系統(tǒng)150。這些都是非限制性的分之間的任何互連或分組，并且僅出于清楚的目的而以共同的分組示出。[0123]設(shè)備綜合體控制系統(tǒng)110包括氫氣生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)112、氫氣存儲控制系統(tǒng)114、ASU控制系統(tǒng)116和氨合成設(shè)備控制系統(tǒng)118。[0124]作為實例，氫氣生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)112可以被配置為通過測量來監(jiān)控從電解生成氫氣的量和速率。這種測量可以從諸如直接流量測量的傳感器測量中導(dǎo)出，或者可替換地通過諸如電解槽電流或功率需求的間接測量來推斷。[0125]作為另外的實例，對于氫氣存儲控制系統(tǒng)114,可以監(jiān)控從電解槽和壓縮系統(tǒng)到存儲系統(tǒng)的壓縮氫氣的壓力和流量，以及到氨合成設(shè)備18的壓縮氫氣的壓力和流量。[0126]在每種情況下，控制系統(tǒng)110是可操作的以控制相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的參數(shù)，并且能夠輸出來自每個工業(yè)氣體設(shè)備的使用和過程數(shù)據(jù)。這將在下面詳細(xì)地描述。[0127]所述實施例中的可再生能量控制系統(tǒng)120包括風(fēng)控制系統(tǒng)124和太陽能控制系統(tǒng)被配置為根據(jù)需要向外部系統(tǒng)發(fā)送使用、功率和過程數(shù)據(jù)。如果使用水電或潮汐可再生功[0128]優(yōu)化系統(tǒng)150包括計算機(jī)系統(tǒng)，所述計算機(jī)系統(tǒng)包括三個模塊：功率預(yù)測模塊152、設(shè)備操作模塊154和實時優(yōu)化模塊156。[0129]功率預(yù)測模塊(PPM)152從可再生能量控制系統(tǒng)120以及天氣和預(yù)報數(shù)據(jù)庫160接收使用和功率生成數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)庫包括與過去(已知和歷史)環(huán)境和天氣數(shù)據(jù)以及未來(預(yù)測和預(yù)報)環(huán)境和天氣數(shù)據(jù)相關(guān)的信息。功率預(yù)測模塊152包括如下將描述的在計算系統(tǒng)上實現(xiàn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，并且用于生成與未來功率生成相關(guān)的模型。[0130]設(shè)備操作模塊(POM)154是可操作的以從設(shè)備綜合體控制系統(tǒng)110接收設(shè)備操作數(shù)據(jù)并生成設(shè)備操作的模型。設(shè)備操作模塊154包括如下將描述的在計算系統(tǒng)上實現(xiàn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。[0131]實時優(yōu)化模塊(RTOM)156被布置成接收來自功率預(yù)測模塊152和設(shè)備操作模塊154的輸入，并且導(dǎo)出包含設(shè)定點(diǎn)操作參數(shù)的設(shè)備操作策略。這些然后被饋送到設(shè)備綜合體控制系統(tǒng)110,以控制由此控制的相關(guān)過程。[0132]現(xiàn)在將描述每個部件的細(xì)節(jié)和操作。[0133]功率預(yù)測模塊(PPM)152[0134]功率預(yù)測模塊152包括在計算系統(tǒng)上實現(xiàn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，并且是可操作的以生成模型來預(yù)測未來的功率生成。在實施例中，功率預(yù)測模塊152的一個方面是能夠預(yù)測來自可變和/或間歇源(諸如可再生功率源)的未來功率生成，使得可以控制一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備(其通常需要恒定的功率負(fù)荷),而沒有設(shè)備的功率不足的風(fēng)險。[0135]在實施例中，功率預(yù)測模塊152的另外的方面是使用預(yù)測的功率生成數(shù)據(jù)來控制工業(yè)氣體設(shè)備綜合體10或其方面。這將在下面更詳細(xì)地討論。[0136]用于預(yù)測未來功率的模型基于機(jī)器學(xué)習(xí)框架。可以使用任何合適的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。例如，該模型可以利用諸如梯度增強(qiáng)(利用例如XGboost)、長短期記憶(LSTM)、支持向量機(jī)(SVM)的技術(shù)，或者在此類模型中可以使用隨機(jī)決策森林。[0137]梯度增強(qiáng)是一種用于回歸和分類問題的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。形成強(qiáng)預(yù)測模型，其包括諸如決策樹的弱預(yù)測模型的集合。逐步過程可以用于通過最速下降最小化(以及其他方法)生成模型。[0138]LSTM是具有反饋連接以及前饋連接的人工遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。公共LSTM單元由單元、輸入門、輸出門和遺忘門組成。該單元是可操作的以在進(jìn)出該單元的信息流由門調(diào)節(jié)的任意時間間隔內(nèi)記住值。[0139]支持向量機(jī)利用一組訓(xùn)練實例，每個訓(xùn)練實例被包含在兩個類別之一中，并生成將新的實例分配給特定類別的模型。因此，SVM包括非概率二元線性分類器。[0140]隨機(jī)決策森林包括集成機(jī)器學(xué)習(xí)方法，其通過在訓(xùn)練過程期間構(gòu)建大量決策樹并且輸出作為單獨(dú)的樹的類(分類)或中等/平均預(yù)測(回歸)的模式的類來操作。[0141]無論使用何種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，該模型都利用兩步操作過程，其中在預(yù)測階段之前需要訓(xùn)練階段。這兩個階段都被實現(xiàn)為一個或多個計算機(jī)系統(tǒng)上的計算機(jī)程序。[0142]也可以使用專業(yè)硬件。例如，訓(xùn)練階段可能涉及使用計算機(jī)系統(tǒng)的中央處理單元(CPU)和圖形處理單元(GPU)部件。此外，也可以使用其他專業(yè)硬件，諸如現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)或其他流處[0143]訓(xùn)練階段[0144]周期性地(例如，在每天的基礎(chǔ)上)或按需(如果例如模型的準(zhǔn)確度要求訓(xùn)練過程)訓(xùn)練模型，以在可再生能量功率設(shè)備的預(yù)測變量之間建立關(guān)系，從而確定在預(yù)定的未來時段內(nèi)的預(yù)測的能量可用性。[0145]PPM152旨在確定以下的預(yù)測變量：[0146]風(fēng)力功率WPi[0147]太陽能功率SPi[0148]其中索引i表示從周期n到n+k的時間(以固定的持續(xù)時間的間隔計)。在非限制性的實施例中，間隔可以包括15分鐘或1小時。[0149]預(yù)測器變量包括以下的時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)：[0150]風(fēng)力功率WPi[0151]太陽能功率SPi[0152]從周期n-m到n-1的功率負(fù)荷Li。[0153]預(yù)測器變量還包含測量的環(huán)境和氣象信號，其可以包括但不限于時間相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)，所述時間相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)包括：[0154]空氣溫度Ti,[0155]大氣壓力Pi[0156]風(fēng)速WSi,[0160]其中索引i表示從周期n-m到n+k的時間。[0161]在訓(xùn)練階段，使用各種機(jī)器學(xué)習(xí)算法來創(chuàng)建預(yù)測的變量與預(yù)測器變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。這些關(guān)系以一系列方程的形式被存儲在計算機(jī)中，這些方程可以被訪問并用于做出未來的預(yù)測。[0162]這些模型是在訓(xùn)練過程期間生成的，所述訓(xùn)練過程在預(yù)定的訓(xùn)練時間定期進(jìn)行。在每個訓(xùn)練時間，基于在一個或多個預(yù)定的歷史時間窗口內(nèi)獲得的歷史時間相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)和歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)來訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型。換言之，時間相關(guān)的數(shù)據(jù)(例如，前2天、前2周等)的移動歷史窗口用于訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型。[0163]如上所述，氣象測量來自天氣和預(yù)報數(shù)據(jù)庫160,所述數(shù)據(jù)庫可以包括天氣數(shù)據(jù)服務(wù)或其他互聯(lián)網(wǎng)連接的資源。負(fù)荷、太陽能功率和風(fēng)力功率由操作者測量，或者作為自動化的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的一部分通過可再生能量控制系統(tǒng)120饋送。[0164]預(yù)測階段[0165]在預(yù)測階段，使用在訓(xùn)練階段生成和存儲的方程來進(jìn)行關(guān)于未來行為的預(yù)測。[0166]預(yù)測的變量包括從c+1到c+p的i的風(fēng)力功率WPi和太陽能功率SPi的預(yù)測，其中c表示當(dāng)前時間，并且p表示預(yù)測范圍，其可以是任何合適的時間尺度；例如，非限制性的實例可以是24小時、48小時或更長。[0167]預(yù)測器變量為：[0168]風(fēng)力功率WPi[0169]太陽能功率SPi[0170]功率負(fù)荷Li[0171]從c-r到c,測量氣象信號(根據(jù)訓(xùn)練階段),并且從c+1到c+p預(yù)測氣象信號。[0172]至于訓(xùn)練階段，在實施例中，環(huán)境和氣象測量來自天氣和預(yù)報數(shù)據(jù)庫160,所述數(shù)據(jù)庫可以包括天氣數(shù)據(jù)服務(wù)或其他互聯(lián)網(wǎng)連接的資源。負(fù)荷、太陽能功率和風(fēng)力功率由操作者測量或通過可再生能量控制系統(tǒng)120自動饋送。[0173]圖3和4示出了風(fēng)力功率和太陽能功率的預(yù)測，其中預(yù)測的變量是從上述模型預(yù)測階段生成的。[0174]在實施例中，通過將預(yù)定的未來時間段內(nèi)的預(yù)測的功率資源的值與在預(yù)測的未來時間段結(jié)束時可用于工業(yè)氣體設(shè)備的實際功率資源進(jìn)行比較，來進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)模型的準(zhǔn)確度的評估。這使得能夠確定為模型的準(zhǔn)確度提供度量的預(yù)測誤差值。[0175]如果模型不夠準(zhǔn)確，其可能需要在另外的訓(xùn)練時間進(jìn)行訓(xùn)練。可以基于預(yù)測誤差值來選擇預(yù)定的訓(xùn)練時間，在實施例中，該預(yù)測誤差值可以是當(dāng)預(yù)測誤差值超過預(yù)定的閾值時。[0176]在實施例中，可以在周期性基礎(chǔ)上根據(jù)經(jīng)驗選擇訓(xùn)練時間；例如視情況每24小時或每48小時。在實施例中，該周期性基礎(chǔ)可以是默認(rèn)的訓(xùn)練時間策略。[0177]然而，在實施例中，當(dāng)預(yù)測誤差值在預(yù)定的經(jīng)驗間隔內(nèi)超過預(yù)定的閾值時，這可以被中斷，在這種情況下，基于預(yù)測誤差值來調(diào)[0178]基于預(yù)測的數(shù)據(jù)的控制[0179]PPM152可以利用預(yù)測的數(shù)據(jù)以響應(yīng)于預(yù)定的未來時間段的預(yù)測的可用功率資源業(yè)氣體設(shè)備的操作方面。[0180]在實施例中，預(yù)報功率數(shù)據(jù)可以附加地或可替代地控制能量存儲資源28的使用。如上所述，能量存儲資源28可以包括資源存儲，諸如存儲的氫和/或氮，以及通過BESS28a、[0181]因此，PPM152可以包括控制和優(yōu)化算法，所述算法利用預(yù)測的功率資源來優(yōu)化可用能量存儲資源28的使用，以最佳地運(yùn)行工業(yè)氣體設(shè)備綜合體10,并計劃未來的功率可用性和功率使用。[0182]PPM152系統(tǒng)使用預(yù)測的功率WPi和SPi作為實時優(yōu)化問題中的輸入，并且應(yīng)用優(yōu)化算法來提出運(yùn)行工業(yè)氣體設(shè)備綜合體10的最佳速率，以使可用功率和能量存儲資源28中的存儲的資源的利用率最大化。28b和PHSS28c)存儲系統(tǒng)的最佳使用，通過PPM152可以解決預(yù)測的功率生成中的預(yù)期每日和季節(jié)性可變性。[0184]在實施例中，PPM152可以確定能量存儲資源28的最佳通電和關(guān)閉時間，以使可用功率的利用率最大化。下面將描述這方面的實例。[0185]在非限制性的實例中，PPM152可以確定在接下來的24小時內(nèi)有足夠的功率可用于在更大的負(fù)荷下運(yùn)行氫氣生產(chǎn)設(shè)備12的電解槽12a……n,以生成比在預(yù)定的時間段內(nèi)產(chǎn)生最佳氨生產(chǎn)速率所需的更多的氫氣。然后，額外的氫氣可以被存儲在氫氣存儲單元14中，以用于在較低的功率可用性期間使用。這同樣適用于ASU16和液氮?dú)獯鎯ζ?6a。[0186]PPM152可以接收氫氣存儲單元14和液氮?dú)獯鎯ζ?6a的操作特性數(shù)據(jù)。這可能包含填充水平和其他操作數(shù)據(jù)(例如填充壓力、填充體積、密度等)。此操作數(shù)據(jù)可以由形成PPM152的一部分的算法使用以確定最佳存儲要求，從而解決作為時間的函數(shù)的預(yù)測的未來功率可用性分布。[0187]在實施例中，PPM152還可以確定在預(yù)測的時間窗口內(nèi)有足夠的功率可用于在能量存儲器28a、28b、28c中存儲額外的功率。PPM152可以利用優(yōu)化算法來根據(jù)功率可用性相對于時間的預(yù)測來選擇適當(dāng)?shù)哪芰看鎯ζ?8a、28b、28c。[0188]在非限制性的實例中，PPM152可以確定在相對短的時間段(例如，1-2小時)內(nèi)可獲得超過工業(yè)氣體設(shè)備綜合體10需求的功率可用性。鑒于BESS28a解決方案的短的斜坡速率、快的充電時間和較低的容量，于是可以確定BESS28a代表了該時間段內(nèi)最合適的能量存儲解決方案。[0189]在替代的非限制性實例中，PPM152可以確定在更長的時間段(例可獲得超過工業(yè)氣體設(shè)備綜合體10需求的顯著的功率可用性。在這種情況下，鑒于這種能量存儲解決方案的較慢的斜坡速率和較高的存儲容量，于是可以確定CAES/LAES28b和PHSS28c可能更適合于存儲可用功率。[0190]PPM152系統(tǒng)解決了接下來p個時間段的優(yōu)化問題，并將可用功率預(yù)測應(yīng)用于實時優(yōu)化模型中，以使功率的利用率最大化。該模型可以涉及功率利用率度量的生成，并且優(yōu)化尋求優(yōu)化功率生成度量的值。[0191]PPM152還可以包括跟蹤系統(tǒng)，以計算作為可再生功率資源的互補(bǔ)性的函數(shù)的預(yù)測的功率利用率度量，并調(diào)整生成水平/利用率以使可再生資源的長期利用率最大化。[0192]PPM152系統(tǒng)在計算機(jī)上實現(xiàn)，并且從其他計算機(jī)系統(tǒng)接統(tǒng)的實例可以利用混合整數(shù)非線性程序(MINLP),因為一些決策需要一些設(shè)備以導(dǎo)致整數(shù)變量的多種可能模式之一運(yùn)行。圖5示出了根據(jù)一個實施例的方法。應(yīng)當(dāng)注意，以下步驟不需要按照下面描述的順序執(zhí)行，并且一些步驟可以與其他步驟同時執(zhí)行。[0193]在實施例中，提供了一種預(yù)測來自用于一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備的一個或多個可再生功率源的可用功率資源的方法。所述方法由至少一個硬件處理器執(zhí)行。[0194]在步驟200,獲得與一個或多個可再生功率源24、26相關(guān)聯(lián)的歷史時間相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)。歷史是指過去的環(huán)境數(shù)據(jù)。這可以在任何合適的時間窗口中收集，并且可以包含延伸直到但不包含當(dāng)前時間的窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)。[0195]在步驟210,與一個或多個可再生功率源相關(guān)聯(lián)的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)。歷史是指過去的操作特性數(shù)據(jù)，諸如功率輸出。這可以在任何合適的時間窗口中收集，并且可以包含延伸直到但不包含當(dāng)前時間的窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)。[0196]在步驟220,基于在步驟200和210中捕獲的歷史時間相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)和歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)來訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型。所述模型可以被訓(xùn)練任何合適的次數(shù)并且以預(yù)定的間隔或根據(jù)需要訓(xùn)練。[0197]在步驟230,執(zhí)行所訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型以預(yù)測一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定的未來時間段內(nèi)的可用功率資源。[0198]在步驟240,預(yù)測的數(shù)據(jù)可以任選地用于響應(yīng)于針對預(yù)定的未來時間段的預(yù)測的可用功率資源來控制一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備。例如，一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備的一個或多個操作設(shè)定點(diǎn)可以根據(jù)預(yù)測的可用功率資源來設(shè)置。[0199]此外，如上所述，可以基于針對預(yù)定的未來時段的預(yù)測的可用功率資源來利用優(yōu)化算法以確定如何最佳地管理能量存儲資源28,該能量存儲資源包含諸如氫氣存儲單元14和液氮?dú)獯鎯ζ?6a的資源存儲器以及能量存儲資源28a、28b、28c。優(yōu)化算法可以為作為時間的函數(shù)的預(yù)測功率可用性的給定模式選擇最佳調(diào)度和/或選擇最佳資源。[0200]選擇和調(diào)度可以基于存儲資源的操作特性；例如，氫氣存儲單元14和液氮?dú)獯鎯ζ?6a的填充水平、壓力和其他特性，或能量存儲資源28a、28b、28c的斜升/斜降、時間依賴性、最大生成功率/最大存儲能量操作概況。[0201]在步驟250,確定是否需要另外的訓(xùn)練過程。這可以基于經(jīng)驗度量，諸如預(yù)定的時間段?？商娲兀梢曰谕ㄟ^將針對預(yù)定的未來時間段的預(yù)測功率資源的值與在預(yù)測的未來時間段結(jié)束時可用于工業(yè)氣體設(shè)備的實際功率資源進(jìn)行比較而對機(jī)器學(xué)習(xí)模型的準(zhǔn)確度的評估。這使得能夠確定為模型的準(zhǔn)確度提供度量的預(yù)測誤差值。[0202]如果確定模型需要再訓(xùn)練，則可以安排訓(xùn)練時間，并且所述方法可以移回到步驟220中的訓(xùn)練。應(yīng)當(dāng)注意，這可能發(fā)生在步驟230或240中的任一個之后或期間。[0203]設(shè)備操作模塊(POM)154[0204]設(shè)備過程控制的優(yōu)化對于實現(xiàn)效率至關(guān)重要?？紤]到可再生功率源幾乎總是會導(dǎo)致可用功率的變化，工業(yè)氣體設(shè)備綜合體10可能頻繁地以動態(tài)模式操作。這需要實時性能模型來設(shè)計穩(wěn)健的操作策略。POM154包括基于機(jī)器學(xué)習(xí)和物理的模型，以對設(shè)備操作進(jìn)行建模?；谖锢淼哪Ｐ涂梢杂糜谏芍甘鞠鄳?yīng)工業(yè)氣體設(shè)備的操作特性的預(yù)測器變量。在實施例中，這些可以與其他操作設(shè)備數(shù)據(jù)(例如，功率輸入、功率輸出、氣體輸出)一起用作到相應(yīng)機(jī)器學(xué)習(xí)模型的時間相關(guān)的數(shù)據(jù)輸入。[0205]如上所述，工業(yè)氣體設(shè)備綜合體10包括氫氣生產(chǎn)設(shè)備12、氫氣存儲單元14、空氣分離單元(ASU)16、氨合成設(shè)備18和氨存儲單元20,其中一些由相應(yīng)的控制系統(tǒng)：氫氣生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)112、氫氣存儲控制系統(tǒng)114、ASU控制系統(tǒng)116和氨合成設(shè)備控制系[0206]在實施例中，在每個時間步驟，來自PPM152的功率可用性預(yù)報被用于定義不同工[0207]這些決策在實施例中是可操作的以實現(xiàn)高過程效率。這需要在其實時性能、系統(tǒng)可用性信息以及資源可用性和即將發(fā)生的維護(hù)問題方面對不同的過程單元進(jìn)行準(zhǔn)確的定量理解。[0208]POM154被配置為捕獲每個子系統(tǒng)(即，相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備)的時間變化屬性，并根據(jù)對于給定的能量消耗水平產(chǎn)生的氨來預(yù)測整個過程的生產(chǎn)效率。[0209]用于這種預(yù)測的高保真模型基于實時機(jī)器學(xué)習(xí)框架，其使用由分布式控制系統(tǒng)(DCS)以時間序列的形式為各種過程標(biāo)簽提供的時間相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)。任何合適的機(jī)器學(xué)習(xí)算法都可以用來為單獨(dú)的子系統(tǒng)建立集成模型。例如，所述模型可以利用諸如梯度增強(qiáng)(利用例如XGboost)、長短期記憶(LSTM)、支持向量機(jī)(SVM)或隨機(jī)決策森林的技術(shù)。[0211]水電解是一種能量密集型工藝并且是生產(chǎn)綠色氫氣中的關(guān)鍵工藝步驟。氫氣生產(chǎn)設(shè)備12的電解槽模塊12a、12b……12n中的每一個都由數(shù)百個電解池組成，這些電解池一起工作以將可再生功率轉(zhuǎn)換成由時間相關(guān)的效率η控制的氫分子。[0212]氫氣生產(chǎn)設(shè)備12中的每個電解槽模塊12[k]基于其歷史性能數(shù)據(jù)被獨(dú)立地建模。利用的預(yù)測的操作特性變量為：[0213]消耗的電解槽功率[EP(i,k)][0214]產(chǎn)生的電解槽氫氣[EH(i,k)][0215]其基于預(yù)測器變量的數(shù)量，所述預(yù)測器變量諸如：[0216]脫礦質(zhì)水流量[ED(i,k)][0217]平均池溫度[ECT(i,k)],[0218]平均池壓力[ECP(i,k)],[0219]流經(jīng)電極的電流[I(i,k)][0220]以及其他關(guān)鍵工藝指標(biāo)。[0221]預(yù)測器變量和響應(yīng)變量的歷史時間序列數(shù)據(jù)在幾個月內(nèi)以適當(dāng)?shù)念l率[s]采樣，并且用于開發(fā)實際模塊效率的模型。使用從預(yù)測器變量導(dǎo)出的方程來建立模型。[0222]此外，累加器變量用于跟蹤模塊的功能年齡，它是模型中的預(yù)測器變資產(chǎn)管理系統(tǒng)的可靠性和維護(hù)事件信息。[0223]將定期或按需對模型進(jìn)行訓(xùn)練(以在固定持續(xù)時間的間隔(諸如15分鐘或1小時)內(nèi)，在從n-1到n-k開始的每個時間實例，在時間n的響應(yīng)變量與預(yù)測器變量之間建立關(guān)系。[0224]在訓(xùn)練系統(tǒng)中，使用各種機(jī)器學(xué)習(xí)算法來創(chuàng)建預(yù)測的變量和預(yù)測器變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。[0226]氨回路是單個單元平衡反應(yīng)系統(tǒng)，其處理氮?dú)夂蜌錃獾暮铣蓺庖陨a(chǎn)氨。氮?dú)庥蒣0227]如果氫氣生產(chǎn)設(shè)備12在給定的情況下基于可再生功率的可用性運(yùn)行，則從該氫氣生產(chǎn)設(shè)備提供氫，否則從氫氣存儲單元14供給氫。[0228]合成氣的化學(xué)計量組成由合成氣壓縮機(jī)系統(tǒng)處理，并且產(chǎn)品由另一組壓縮機(jī)制冷并送往存儲器。[0229]氨回路的性能受放熱反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率控制，并且根據(jù)氨流入存儲器、作為各種預(yù)測器變量的函數(shù)的AFi的預(yù)測模型進(jìn)行實時監(jiān)控，所述預(yù)測器變量包括：[0234]關(guān)于催化劑床的健康狀況和維護(hù)事件的時間的額外信息可以用于模型中，以獲得轉(zhuǎn)化回路效率的最真實畫面。[0235]氨回路的另外的方面是不同的操作模式。在實施例中，存在兩種主要模式：正常和待機(jī)。正常模型涉及響應(yīng)于可用氫氣量的斜升和斜降。該數(shù)據(jù)在DCS中進(jìn)行跟蹤，并且用于查看任何性能差異或診斷與生產(chǎn)計劃的任何過程偏差。該時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)可以用作訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型的輸入，以預(yù)測未來的操作行為。[0236]如下所述，模型在更長范圍的歷史數(shù)據(jù)集(例如，其可以是6個月到一年)上定期被訓(xùn)練，以捕獲所有模式和不同水平的斜坡速率。[0237]POM154-氫氣存儲單元14建模[0238]在實施例中，氫氣存儲單元14包括氫純化鏈、存儲器和一組壓縮機(jī)，其以動態(tài)方式可操作以將氫氣輸送到氨處理設(shè)備并管理氫氣庫存以避免由于缺乏可用氣體資源而停機(jī)。[0239]通過以可靠和節(jié)能的方式達(dá)到集管壓力的規(guī)定設(shè)定點(diǎn)來測量系統(tǒng)的整體性能。壓縮機(jī)是根據(jù)基于操作溫度和環(huán)境條件的等熵效率建模的。所有壓縮機(jī)的實時狀態(tài)監(jiān)測是基于自適應(yīng)多變量(主組分分析(PCA)和偏最小二乘(PLS)模型建立在關(guān)鍵過程標(biāo)簽的歷史數(shù)據(jù)的移動3個月窗口上。[0240]氫氣存儲器的實時跟蹤可以基于第一主要熱力學(xué)模型，該模型基于使用：[0243]使用消耗的壓縮機(jī)功率CPi跟蹤壓縮機(jī)系統(tǒng)的效率。此外，該系統(tǒng)可以在效率和可靠性方面對氫氣純化系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控。[0245]為了對空氣分離單元16建模，在實施例中，利用多變量偏最小二乘(PLS)和主組分分析(PCA)模型以及工程模型。這些模型是可操作的以診斷性能影響，并識別優(yōu)選的操作模式。來自這些模型的數(shù)據(jù)可以用作輸入到訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型中的操作特性數(shù)據(jù)。[0246]可以選擇幾個關(guān)鍵性能指標(biāo)(KPI)。在非限制性的實例中，它們可以包括比功率、N?回收率和形成ASU的一部分的熱交換器中的溫度差。實時跟蹤KPI,以便對低效操作以及新出現(xiàn)的設(shè)備健康狀況惡化進(jìn)行早期檢測和診斷。KPI的生成對本發(fā)明來說并不重要，然而這些值可以被預(yù)測性機(jī)器學(xué)習(xí)模型用來建立ASU16的性能的預(yù)測模型。[0247]工業(yè)氣體設(shè)備模型部件訓(xùn)練和預(yù)測[0248]對于每個工業(yè)氣體設(shè)備，如上所述分配并實施機(jī)器學(xué)習(xí)模型。對于每個設(shè)備，機(jī)器學(xué)習(xí)模型是可操作的以利用訓(xùn)練過程來生成方程，所述方程對相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的行為進(jìn)行建模。這是使用上述針對每個工業(yè)氣體設(shè)備的預(yù)測器變量完成的。[0249]訓(xùn)練過程可以采取歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)作為輸入來訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型。操作特性數(shù)據(jù)可以包括與相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備相關(guān)的物理測量數(shù)據(jù)，例如，在非限制性的[0250]此外，操作特性數(shù)據(jù)可以包括由如上所述的一個或多個基于物理的模型生成的數(shù)據(jù)?；谖锢淼哪Ｐ涂梢圆捎盟鶞y量的特定工業(yè)氣體設(shè)備特性(特定于每個工業(yè)氣體設(shè)備),并且可以生成指示工業(yè)氣體設(shè)備的性能的一個或多個度量。然后，這些時間相關(guān)的度量可以用作輸入的操作特性數(shù)據(jù)，以訓(xùn)練分配給相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。[0251]一旦在訓(xùn)練時間的訓(xùn)練過程完成，該模型就可以用于預(yù)測相應(yīng)工業(yè)氣體設(shè)備的行為。在預(yù)測階段，使用在訓(xùn)練階段生成和存儲的方程來進(jìn)行關(guān)于未來行為的預(yù)測。[0252]在實施例中，通過將每個工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定的未來時間段的預(yù)測的未來行為的值與工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)測的未來時間段結(jié)束時的實際行為進(jìn)行比較，來進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)模型的準(zhǔn)確度的評估。這使得能夠確定為模型的準(zhǔn)確度提供度量的預(yù)測誤差值。[0253]如果模型不夠準(zhǔn)確，其可能需要在另外的訓(xùn)練時間進(jìn)行訓(xùn)練。可以基于預(yù)測誤差值來選擇預(yù)定的訓(xùn)練時間，在實施例中，該預(yù)測誤差值可以是當(dāng)預(yù)測誤差值超過預(yù)定的閾值時。[0254]在實施例中，可以在周期性基礎(chǔ)上根據(jù)經(jīng)驗選擇訓(xùn)練時間；例如視情況每24小時或每48小時。在實施例中，鑒于歷史數(shù)據(jù)可能會持續(xù)幾個月，訓(xùn)練可能不需要如此頻繁。在實施例中，該周期性基礎(chǔ)可以是默認(rèn)的訓(xùn)練時間策略。[0255]然而，在實施例中，當(dāng)預(yù)測誤差值在預(yù)定的經(jīng)驗間隔內(nèi)超過預(yù)定的閾值時，這可以被中斷，在這種情況下，基于預(yù)測誤差值來調(diào)[0257]如上所述，為形成工業(yè)氣體綜合體的每個工業(yè)氣體設(shè)備提供機(jī)器學(xué)習(xí)模型。這些機(jī)器學(xué)習(xí)模型在如上所述從與相關(guān)設(shè)備相關(guān)的測量的歷史時間相關(guān)的數(shù)據(jù)和/或從由相應(yīng)設(shè)備的一個或多個基于物理的模型生成的時間相關(guān)的數(shù)據(jù)生成的操作特性數(shù)據(jù)上被訓(xùn)練。[0258]這些模型各自生成與以下中的一項或多項相關(guān)的預(yù)測數(shù)據(jù)：性能；容量；效率；維[0259]在圖7中示出了過程變量的生成的效率曲線的實例。圖7示出了電解槽的效率相對于電解槽上的負(fù)荷的曲線。該曲線由來自形成氫設(shè)備12的一部分的電解槽的時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)生成，該數(shù)據(jù)被輸入到相應(yīng)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型中以生成操作特性數(shù)據(jù)。[0260]除了分配給每個工業(yè)氣體設(shè)備的單獨(dú)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型的預(yù)測之外，還可以利用另外的模型，所述另外的模型確定設(shè)備綜合體在給定情況下的總體性能是基于組合來自上述每個模型的單獨(dú)的模塊的效率。采用集成機(jī)器學(xué)習(xí)算法來提高預(yù)測的質(zhì)量，并選擇最佳模型以用于預(yù)測系統(tǒng)。[0261]換句話說，通過每個訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型來預(yù)測形成設(shè)備綜合體的一部分的每個工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定的未來時段內(nèi)的時間變化的操作特性，并且將其輸入到另外的模型中以預(yù)測整個工藝設(shè)備綜合體的生產(chǎn)效率。來自每個模型的數(shù)據(jù)可以在周期性基礎(chǔ)上被輸入[0262]就示例性的實施例中的氨生產(chǎn)設(shè)備而言，效率確定能夠?qū)崿F(xiàn)對于給定水平的能量輸入所生產(chǎn)的氨的預(yù)測的確定。[0263]在POM154中執(zhí)行的所有建模都作為計算機(jī)程序在設(shè)備中的一臺或多臺計算機(jī)上實現(xiàn)。無論使用何種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，該模型都利用兩步操作過程，其中在預(yù)測階段之前需要訓(xùn)練階段。這兩個階段都被實現(xiàn)為一個或多個計算機(jī)系統(tǒng)上的計算機(jī)程序。[0264]也可以使用專業(yè)和非專業(yè)硬件。例如，訓(xùn)練階段可能涉及使用計算機(jī)系統(tǒng)的中央處理單元(CPU)和圖形處理單元(GPU)部件。此外，也可以使用其他專業(yè)硬件，諸如現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)或其他流處理器技術(shù)。[0265]模型執(zhí)行計算機(jī)將被連接到其他計算機(jī)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，來自設(shè)備和天氣數(shù)據(jù)服務(wù)的數(shù)據(jù)將被存儲在這些系統(tǒng)中。當(dāng)設(shè)備操作時，性能模型每15分鐘用于進(jìn)行預(yù)測，以獲得生產(chǎn)[0266]所有性能模型以及一些單元操作水平數(shù)據(jù)在RTOM156中以預(yù)定的頻率使用，以優(yōu)化操作效率并定義不同模型的設(shè)定點(diǎn)。[0267]操作的方法[0268]圖6示出了根據(jù)一個實施例的方法。應(yīng)當(dāng)注意，以下步驟不需要按照下面描述的順序執(zhí)行，并且一些步驟可以與其他步驟同時執(zhí)行。[0269]在實施例中，提供了一種預(yù)測包括多個工業(yè)氣體設(shè)備的工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的操作特性的方法。所述方法由至少一個硬件處理器執(zhí)行。[0270]在步驟300,將機(jī)器學(xué)習(xí)模型分配給形成工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的每個工業(yè)氣體設(shè)備。該模型可以采用如上所述的任何合適的形式。它可以利用工業(yè)氣體設(shè)備的歷史時間相關(guān)的操作特性來生成方程，以進(jìn)行未來預(yù)測。[0271]在步驟310,基于接收到的相應(yīng)工業(yè)氣體設(shè)備的歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)來訓(xùn)練每個工業(yè)氣體設(shè)備的相應(yīng)機(jī)器學(xué)習(xí)模型。該數(shù)據(jù)可以采用任何合適的形式，并且可以特定于如上所述的特定類型的工業(yè)氣體設(shè)備。歷史是指過去的操作特性數(shù)據(jù)。這可以在任何合適的時間窗口中收集，并且可以包含延伸直到但不包含當(dāng)前時間的移動窗口內(nèi)的數(shù)[0272]歷史時間相關(guān)的操作特性數(shù)據(jù)可以包括與相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備相關(guān)的物理測量[0273]此外，操作特性數(shù)據(jù)可以包括由如上所述的一個或多個基于物理的模型生成的數(shù)據(jù)。基于物理的模型可以采用所測量的特定工業(yè)氣體設(shè)備特性(特定于每個工業(yè)氣體設(shè)備),并且可以生成指示工業(yè)氣體設(shè)備的性能的一個或多個度量。然后，這些時間相關(guān)的度量可以用作輸入的操作特性數(shù)據(jù)，以訓(xùn)練分配給相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。[0274]在步驟320,執(zhí)行每個工業(yè)氣體設(shè)備的訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以預(yù)測每個相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定的未來時間段內(nèi)的操作特性。該預(yù)測可以任選地用于控制相應(yīng)工業(yè)氣體[0275]例如，預(yù)測的數(shù)據(jù)可以用于推斷工業(yè)氣體設(shè)備的其他技術(shù)性能。這些預(yù)測可以用于確定資源規(guī)劃、維護(hù)計劃或維修要求。這種維護(hù)計劃可以與功率資源和存儲單元的容量在當(dāng)氣體存儲量高且預(yù)測的可用的可再生功率低時的時間段內(nèi)進(jìn)行，以便使中斷最小化并維持服務(wù)提供的連續(xù)性。[0277]在步驟330,由步驟320中的模型為每個相應(yīng)的工業(yè)氣體設(shè)備確定的預(yù)測的操作特性被用于另外的集體模型中，以生成工業(yè)氣體設(shè)備綜合體的操作性能度量。在示例性的實施例中的氨生產(chǎn)設(shè)備中，效率確定能夠?qū)崿F(xiàn)對于給定水平的能量輸入所生產(chǎn)的氨的預(yù)測的[0278]在步驟340,將預(yù)定的未來時間段的預(yù)測的數(shù)據(jù)與該時間段結(jié)束時的實際測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。這種比較用于推斷工業(yè)氣體設(shè)備的其他技術(shù)性能。這些預(yù)測可以用于確定資[0279]在實施例中，然后將預(yù)定的時間段(例如，從預(yù)測的數(shù)據(jù)的生成或從預(yù)測的數(shù)據(jù)中的時間戳開始的2周、一個月、六個月的時間窗口)的預(yù)測與預(yù)測的數(shù)據(jù)所覆蓋的時間段結(jié)束時的時間窗口或時間段(例如，從預(yù)測數(shù)據(jù)生成或從預(yù)測的數(shù)據(jù)中的時間戳開始的2周/一個月/六個月之后)的實際數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。這使得工業(yè)氣體設(shè)備綜合體10中的潛在問題能夠被早期識別，因為任何工業(yè)氣體設(shè)備或存儲系統(tǒng)與基于過去實際行為的預(yù)測模型的偏差可能指示生產(chǎn)或維護(hù)問題的產(chǎn)生。[0280]通過使用這種方法，可以早期識別潛在的未來問題，使得能夠在對于緊急維護(hù)或維修需要設(shè)備服務(wù)的任何關(guān)鍵故障或未計劃的停機(jī)之前采取補(bǔ)救措施。[0281]此外，在實施例中，維護(hù)的調(diào)度可以結(jié)合功率資源和存儲單元的容量的確定來完成。例如，氣體生成部件(例如，電解槽、ASU、氨生產(chǎn)量高且預(yù)測的可用的可再生功率低時的時間段內(nèi)進(jìn)行，以便使中斷最小化并維持服務(wù)提供的連續(xù)性。[0282]在實施例中，預(yù)測的數(shù)據(jù)可以任選地用于響應(yīng)于工業(yè)氣體設(shè)備在預(yù)定的未來時間段內(nèi)的預(yù)測的操作特性來控制一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備。例如，一個或多個工業(yè)氣體設(shè)備的一個或多個操作設(shè)定點(diǎn)可以根據(jù)預(yù)測的行為來設(shè)置。[0283]步驟340中的控制可以結(jié)合步驟200至250中描述的方法來完成，其中結(jié)合步驟330中的預(yù)測的效率確定來利用預(yù)測的功率可用性，以使得能夠基于預(yù)測的功率可用性以及設(shè)備效率來確定設(shè)定點(diǎn)。[0284]在步驟350,確定是否需要另外的訓(xùn)練過程。這可以基于經(jīng)驗度量，諸如預(yù)定的時間段。可替代地，它可以基于通過將預(yù)定的未來時間段的預(yù)測操作特性的值與在預(yù)測的未來時間段結(jié)束時工業(yè)氣體設(shè)備的實際操作特性進(jìn)行比較而對機(jī)器學(xué)習(xí)模型的準(zhǔn)確度的評估。這使得能夠確定為模型的準(zhǔn)確度提供度量的預(yù)測誤差值。[0285]如果確定模型需要再訓(xùn)練，則可以安排訓(xùn)練時間，并且所述方法可以移回到步驟310中的訓(xùn)練。應(yīng)當(dāng)注意，這可能發(fā)生在步驟3[0287]RTOM156包括系統(tǒng)，用于確定各種工業(yè)氣體設(shè)備應(yīng)當(dāng)運(yùn)行的速率，以最佳地管理可再生氫的生產(chǎn)和存儲，同時使氨的生產(chǎn)最大化。換句話說，RTOM156能夠使用對工業(yè)氣體設(shè)備綜合體進(jìn)行實時優(yōu)化