CN104793594A - 能源站群控系统预报控制指令的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能源站群控系统预报控制指令的方法，采用搜索寻优的方法获得能源站未来的运行计划，所述运行计划包括能源站群控系统在未来一个时间段内的不同时间点上向不同设备发出的启停或者调整运行设定的控制指令，并根据所述运行计划给出预告信息，能够使操作人员事先了解自动化控制系统的意图，提前干预或者事先做好准备，与群控系统更好地“合作”，改变现在这种自动化系统自顾自运行，操作人员与自动化控制之间无法高效协调的局面。

Description

能源站群控系统预报控制指令的方法

技术领域

本发明涉及能源站群控系统技术领域，尤其涉及一种能源站群控系统预报控制指令的方法。

背景技术

能源站通常由锅炉、冷机、换热器、水泵、冷却塔、阀门、管路等组成，为建筑物提供空调或生产设备所需的冷热水，由于需要制冷制热量的时间不同(例如办公楼在白天使用)，不同时间点上制冷制热负荷需求不同，能源站的设备需要适时启停适应这些变化(例如在制冷负荷显著降低时关闭一台冷机以及相关的水泵等设备)。

为了方便有效地对这些设备进行控制，人们通常在能源站安装群控系统。这种群控系统通常由传感器、执行机构、控制器、和上位机控制软件组成。在很多应用中控制器中预设的控制逻辑以及上位机控制软件负责整个能源站不同设备的启停和运行参数调整，群控系统会在不同的时间点关闭或启动不同的设备。

采用群控系统对能源站进行自动控制时，由于设备启停前群控系统不给出任何提示，运行人员会在设备启停时感到“突然”，也无法事先做好配合，这是因为现有的群控系统将能源站当前状态(设备的启停状态，供回水温差等)和先前的设备运行状态(例如冷机上次开机和关机的时间)作为输入，依靠控制器和上位机控制软件中预设的控制逻辑进行一系列条件判断后，给出下一步的控制指令。群控软件不对能源站未来的状态作预测，也不能预测能源站各设备未来的动作，因此无法给出“预告”信息。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的能源站群控系统对设备未来的动作无法给出准确预告信息，导致操作人员无法事先了解自动化控制系统的意图，也无法提前干预或者事先做好准备，造成操作人员与自动化控制之间无法高效协调的困境，本发明提供了一种能源站群控系统预报控制指令的方法通过提供预报信息使得操作人员能够事先了解自动化控制系统的意图，提前干预或者事先做好准备，与群控系统更好地“合作”。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种能源站群控系统预报控制指令的方法，包括以下步骤：

S1、建立评价目标：

$J=\underset{t=1}{\overset{h}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Penalt}{y}_t$

其中t表示能源站在未来一个时间段内的不同时间点，一共有h个时间点，Penalty_t表示时间点t上对供水温度超标的惩罚值，J为优化目标值；

S2、采用搜索寻优的方法获得优化目标值最小的能源站运行计划，所述运行计划包括能源站群控系统在未来一个时间段内的不同时间点上向不同设备发出的启停或者调整运行设定的控制指令；

S3、根据所述运行计划给出预告信息：对于能源站群控系统控制的每个设备，检查所述运行计划中针对该设备的控制指令最近一次发生变化的时间，将控制指令和控制指令预计发出的时间显示在人机交互界面上。

具体的，所述步骤S2中，通过以下步骤获得所述运行计划：

S21、建立休眠队列和活跃队列，根据能源站当前状态生成初始运行计划S₀，将初始运行计划S₀放入所述休眠队列中，活跃队列为空，计算初始运行计划S₀所对应的优化目标值J₀；

S22、从休眠队列中找到优化目标值最小的运行计划，若它的优化目标值满足预设条件，或者搜索的运行计划数目已达到上限，则停止搜索，并将休眠队列中优化目标值最小的运行计划作为最终结果输出，否则执行下一步；

S23、随机或者按照指定规则，从非空的休眠队列或者非空的活跃队列中取一个运行计划S_i，调整S_i中一个或多个设备的控制指令,生成新的运行计划S_i’；

S24、根据设备运行要求和不同设备间的运行约束评估所述运行计划S_i’的合理性，如果合理则计算运行计划S_i’所对应的优化目标值J_i’，并且将运行计划S_i’放入到休眠队列中，如果不合理则将运行计划S_i’放入活跃队列；

S25、删除活跃队列中逗留了超过规定时间的运行计划，返回到步骤S22。

本发明的有益效果是，这种能源站群控系统预报控制指令的方法能够使能源站群控系统预告它下一步发给各个设备的控制指令，使得操作人员能够事先了解自动化控制系统的意图，提前干预或者事先做好准备，与群控系统更好地“合作”，改变现在这种自动化系统自顾自运行，操作人员与自动化控制之间无法高效协调的局面。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的能源站群控系统预报控制指令的方法显示在人机交互界面上的设备列表图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

本发明提供了一种能源站群控系统预报控制指令的方法，包括以下步骤：

S1、建立评价目标：

$J=\underset{t=1}{\overset{h}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Penalt}{y}_t$

其中t表示能源站在未来一个时间段内的不同时间点，一共有h个时间点，Penalty_t表示时间点t上对供水温度超标的惩罚值，J为优化目标值；

S2、采用搜索寻优的方法获得优化目标值最小的能源站运行计划，运行计划包括能源站群控系统在未来一个时间段内的不同时间点上向不同设备发出的启停或者调整运行设定的控制指令(例如冷机的供水温度设定值)；以表1为例，假设能源站包含3台水冷冷机、4台并列安装的冷冻水泵、4台并列安装的冷却水泵以及3台冷却塔，当前时间为16:19。该计划表规定了从现在(16:19)开始到未来某个时间段内(表中的时间段为3个小时)，每隔一段时间(时间间隔可以相等，也可以不等)发往不同设备的控制指令，计划表可以包含一个或多个未来的时间点，不同的设备具有不同的控制指令集合；对冷却塔而言一般包括：“阀门开”(冷却塔阀门打开但风机不运行)、“阀门关”(冷却塔阀门和风机均关闭)、“风机开”(冷却塔阀门打开并且风机运行)；对水泵而言：0表示关机，大于0的数值表示流量设定值(对于定频水泵表示运行在额定流量上，对于变频水泵表示运行在该流量对应的理论转速上)；对冷机和锅炉而言：0表示关机，大于0的数值表示供水温度的设定值(此时冷机或锅炉开始或保持运行)；

表1

S3、根据运行计划给出预告信息：对于能源站群控系统控制的每个设备，检查运行计划中针对该设备的控制指令最近一次发生变化的时间，例如现在是16:19，1号冷冻水泵当前正在运行流量为50立方米/小时(对应水泵频率50赫兹)，根据计划16:25时该水泵的流量要下降到36立方米/小时(对应水泵频率36赫兹)，就此获得关于1号冷冻水泵的预告信息“6分钟后降低频率至36赫兹”，这一信息便会显示在群控系统的人机交互界面上的设备列表中或能源站的系统总图中，图1所展示的便是一张显示在人机交互界面上的带有预告信息的设备列表。

具体地，搜索寻优的方法通过以下步骤获得能源站未来一个时间段内的运行计划：

S21、建立休眠队列和活跃队列，根据能源站当前状态生成初始运行计划S₀，例如，1号冷机当前供水温度设定为10℃，那么在运行计划中所有时间点上1号冷机供水温度设定均为10℃；也可将上次优化获得的运行计划未执行的部分作适当修改后作为初始运行计划；将初始运行计划S₀放入休眠队列中，活跃队列为空，计算初始运行计划S₀所对应的优化目标值J₀；

S22、从休眠队列中找到优化目标值最小的运行计划，若它的优化目标值满足预设条件，或者搜索的运行计划数目已达到上限，则停止搜索，并将休眠队列中优化目标值最小的运行计划作为最终结果输出，否则执行下一步；

S23、随机或者按照指定规则，从非空的休眠队列或者非空的活跃队列中取一个运行计划S_i，调整S_i中一个或多个设备的控制指令；可以采用启发式方法选择调整手段，例如当前水温偏低，可以提高冷机的供水温度或关闭冷机；空调时间已接近尾声，可以关闭冷机；冷机冷冻水流量偏低，可以提高相关冷冻水泵的运行频率或增开相关冷冻水泵等。调整手段需尽可能保证涉及的设备符合设备运行要求(例如冷机的启停不能过于频繁)以及不同设备间的运行约束(例如1台冷机或锅炉启动或停止后相隔多少时间后另一台冷机或锅炉可以启动或停机)，调整后生成新的运行计划S_i’；

S24、根据设备运行要求和不同设备间的运行约束评估运行计划S_i’的合理性；例如：检查冷机或锅炉运行时的流量要求是否得到满足，对于水冷冷机还需检查冷却水温度是否满足要求。如果合理则计算运行计划S_i’所对应的优化目标值J_i’，并且将运行计划S_i’放入到休眠队列中，如果不合理则将运行计划S_i’放入活跃队列；

S25、删除活跃队列中逗留了超过规定时间的运行计划，返回到步骤S22。

计算优化目标值时，需要计算t＝1(未来的第一个时间点)到h(未来最后一个时间点)上的供水温度，用于计算Penalty_t。为了估算t时刻的供水温度，需要t-1时刻的回水温度(t-1＝0时该回水温度可以取实时数据)，t-1时刻到t时刻冷机/锅炉的制冷/热总量(需根据设备状态估算)，该时间段内建筑物的冷/热负荷总量(需采用可靠的负荷预测方法估算)，以及该时间段内从能源站到建筑物的总流量。假设回水温度在该时段内保持不变。用制冷/热总量除以总流量与水的比热的乘积可以计算t-1时刻到t时刻供水温度的变化，并由此估算出t时刻的供水温度。同样假设供水温度不变，用冷/热负荷总量除以总流量与水的比热的乘积可以计算t-1时刻到t时刻回水温度的变化，并由此估算出t时刻的回水温度(用于估算下一时刻的供水温度)。

为了估算水冷冷机t时刻的冷却水温度(用于检查冷却水温度是否满足要求)，需要t-1时刻的冷却水回水温度(进入冷机的冷却水温度，t-1＝0时该回水温度可以取实时数据)，t-1时刻到t时刻冷机制冷/热总量(需根据设备状态估算)，该时间段内冷机的耗电量，冷却塔的散热总量(需根据设备状态和天气预报估算)，以及该时间段内从冷机到冷却塔的冷却水总流量。假设回水温度在该时段内保持不变。用制冷/热总量和耗电量之和(交换到冷却水的总热量)除以总流量与水的比热的乘积可以计算t-1时刻到t时刻冷却水供水(从冷机流向冷却塔)的温度变化，并由此估算出t时刻的供水温度。同样假设供水温度不变，用冷却塔的散热总量除以总流量与水的比热的乘积可以计算t-1时刻到t时刻回水温度的变化，并由此估算出t时刻的回水温度(作为下一时刻冷却水的回水温度)。

估算过程中需要根据设备连接关系，通过阀门状态、水泵状态等估算出整个水循环各支路的水流量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (2)

1.一种能源站群控系统预报控制指令的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、建立评价目标：

$J=\underset{t=1}{\overset{h}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Penalty}}_t$

其中t表示能源站在未来一个时间段内的不同时间点，一共有h个时间点，Penalty_t表示时间点t上对供水温度超标的惩罚值，J为优化目标值；

S2、采用搜索寻优的方法获得优化目标值最小的能源站运行计划，所述运行计划包括能源站群控系统在未来一个时间段内的不同时间点上向不同设备发出的启停或者调整运行设定的控制指令；

S3、根据所述运行计划给出预告信息：对于能源站群控系统控制的每个设备，检查所述运行计划中针对该设备的控制指令最近一次发生变化的时间，将控制指令和控制指令预计发出的时间显示在人机交互界面上。

2.如权利要求1所述的能源站群控系统预报控制指令的方法，其特征在于：所述步骤S2中，通过以下步骤获得所述运行计划：

S21、建立休眠队列和活跃队列，根据能源站当前状态生成初始运行计划S₀，将初始运行计划S₀放入所述休眠队列中，活跃队列为空，计算初始运行计划S₀所对应的优化目标值J₀；

S22、从休眠队列中找到优化目标值最小的运行计划，若它的优化目标值满足预设条件，或者搜索的运行计划数目已达到上限，则停止搜索，并将休眠队列中优化目标值最小的运行计划作为最终结果输出，否则执行下一步；

S23、随机或者按照指定规则，从非空的休眠队列或者非空的活跃队列中取一个运行计划S_i，调整S_i中一个或多个设备的控制指令,生成新的运行计划S_i'；

S24、根据设备运行要求和不同设备间的运行约束评估所述运行计划S_i'的合理性，如果合理则计算运行计划S_i'所对应的优化目标值J_i'，并且将运行计划S_i'放入到休眠队列中，如果不合理则将运行计划S_i'放入活跃队列；

S25、删除活跃队列中逗留了超过规定时间的运行计划，返回到步骤S22。