CN114034115A - 一种基于水电站地下厂房的除湿机控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于水电站地下厂房的除湿机控制方法及系统，属于水力发电技术领域，方法包括：基于当前水电站机组的工作状态、尾水平台的历史温湿度参数以及地下厂房各个层室的湿度参数采集区域，确定采集区域的湿度优化目标；根据采集区域的湿度优化目标，以相对湿度误差以及相对湿度误差的变化率为输入量，采用模糊控制方法，输出除湿机开启的功率比例；对照档位转换表，根据除湿机开启的功率比例，对除湿机控制档位进行转换。本发明对厂房湿热环境的优化具有重要的工程实际意义。

Description

一种基于水电站地下厂房的除湿机控制方法及系统

技术领域

本发明属于水力发电技术领域，更具体地，涉及一种基于水电站地下厂房的除湿机控制方法及系统。

背景技术

随着经济和社会的快速发展，电力负荷迅速增长，峰谷差不断加大，对电网稳定性的要求也越来越高，调峰能力不足将成为制约电力系统发展的突出问题。水力发电站以其调峰填谷的独特运行特性，发挥着调节负荷、促进电力系统节能和维护电网安全稳定运行的功能，逐步成为电力系统有效的、不可获取的设备。水电站地下厂房主要由发电机层、母线层、水轮机层及蜗壳层等层室组成。一方面，出于对水能的有效利用，水电站地下厂房普遍建设深度较大，且厂房内部安装有大量水轮机主设备和辅助设备，设备长期运行带来的大量散热，导致厂房工作环境极为闷热。另一方面，大坝坝体一侧为水库，厂房深处潮湿环境，也使厂房极易发生潮湿与表壁结露现象。这样的湿热环境对场内工作人员非常不友好，且严重威胁厂房内的机电设备的稳定运行，甚至降低机电设备的使用寿命，保障水力发电设备的安全的重要性因此也愈发凸显。

在水电站厂房内，不同种类规格的水力发电设备位于不同的层室，并且这些设备的运行状态不同，导致厂房内各层室的湿热情况存在很大的差异。一般而言，水电站地下厂房最上层为发电机层，其主要的设备为发电机组及相应监控保护盘柜等二次设备，且发电机层要求内部交通畅通无阻，故一般通风状况良好，湿热负荷不大；而水轮机层及蜗壳层则是厂房内主要的湿负荷区域。这两个层室由于建设深度较大，并且受水轮发电机组水机设备中渗透水的影响，导致湿度极大；部分厂房的电梯廊道一侧连接电梯井，一侧连接外部空间，夏季为了达到隔绝外部高温的目的，厂房在连接外部空间一侧有加装隐私帘，起到隔热作用，但导致廊道内部湿度也较大。因此，许多水电站厂房购置了数量较多的除湿机，辅以场内通风系统及送风机以改善厂房内部湿热环境。但厂房内不同区域的湿热负荷复杂多变，只是单一的长期运行除湿机，没有考虑不同区域的湿热实际情况，导致功耗较大。因此，以优化水电站地下厂房湿热环境为目标的系统，并辅以合适的除湿机控制方法，存在极大的必要性。国内外的专家以及学者针对各类优化湿热环境的控制方法进行了研究与探索，取得了一定的进展，但存在一定的局限性，无法实现基于电站不同区域实际变化湿热场景构建湿热环境优化系统。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于水电站地下厂房的除湿机控制方法及系统，旨在解决现有的除湿控制方法无法基于水电站不同区域实际变化湿热场景构建湿热环境优化系统，导致提供的除湿方案功耗较大的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种基于水电站地下厂房的除湿机控制方法，包括以下步骤：

基于当前水电站机组的工作状态、尾水平台的历史温湿度参数以及地下厂房各个层室的温湿度参数采集区域，确定采集区域的湿度优化目标；

根据采集区域的湿度优化目标，以相对湿度误差以及相对湿度误差的变化率为输入量，采用模糊控制方法，输出除湿机开启的功率比例；

对照档位转换表，根据除湿机开启的功率比例，对除湿机控制档位进行转换。

优选地，采集温湿度参数的方法，包括以下步骤：

在地下厂房各个层室设置无线温湿度传感器，且在尾水平台也设置温湿度传感器，用以在线监测温湿度参数；

对若干个无线温湿度传感器对应设置一个无线主机，汇集温湿度参数。

优选地，确定采集区域的湿度优化目标的方法，包括以下步骤：

基于水电站机组的工作状态，根据尾水平台上的温度传感器采集的历史温湿度参数进行季节判断，确定不同季节的总体温湿度优化目标；

根据地下厂房各个层室的温湿度传感器所属区域标签判断温湿度传感器所属区域，从总体温湿度优化目标中分解出采集区域的湿度优化目标。

优选地，采用模糊控制方法，获取除湿机开启的功率比例的具体步骤如下：

根据湿度优化目标，以相对湿度误差以及相对湿度误差的变化率为输入量，以除湿机开启的功率比例为输出量，将输入量和输出量模糊化并确定模糊度隶属度函数；

建立模糊控制规则并对模糊控制规则进行模糊推理，获取模糊输出量；

采用重心法对模糊输出量清晰化，获取除湿机开启的功率比例。

优选地，根据除湿机开启的功率比例，对除湿机控制档位进行转换的方法为：

基于地下厂房各个层室的温湿度传感器所在区域，获取温湿度传感器对应的除湿机数量以及除湿机的档位组合；

基于除湿机开启的功率比例，对应档位转换表，控制除湿机档位转换。

另一方面，本发明提供了一种基于水电站地下厂房的除湿机控制系统，包括：

湿度优化目标确定模块，用于基于当前水电站机组的工作状态、尾水平台的历史温湿度参数以及地下厂房各个层室的温湿度参数采集区域，确定采集区域的湿度优化目标；

开启功率比例获取模块，用于根据所述采集区域的湿度优化目标，以相对湿度误差以及相对湿度误差的变化率为输入量，采用模糊控制方法，输出除湿机开启的功率比例；

除湿机控制档位转换模块，用于对照档位转换表，根据所述除湿机开启的功率比例，对除湿机控制档位进行转换。

优选地，湿度优化目标确定模块包括温湿度传感器、无线主机、总体温湿度优化目标确定单元和湿度优化目标分解单元；

温湿度传感器设置在地下厂房的各个层室以及尾水平台，用于在线监测温湿度参数；

无线主机对应连接若干个温湿度传感器，用于汇集温湿度参数；

总体温湿度优化目标确定单元用于基于水电站机组的工作状态，根据尾水平台上的温度传感器采集的历史温湿度参数进行季节判断，确定不同季节的总体温湿度优化目标；

湿度优化目标分解单元用于根据地下厂房各个层室的温湿度传感器所属区域标签判断温湿度传感器所属区域，从总体温湿度优化目标中分解出采集区域的湿度优化目标。

优选地，功率比例获取模块包括输入输出量的确定单元、模糊输出量获取单元和输出量清晰化单元；

输入输出量的确定单元用于根据湿度优化目标，以相对湿度误差以及相对湿度误差的变化率为输入量，以除湿机开启的功率比例为输出量，将输入量和输出量模糊化并确定模糊度隶属度函数；

模糊输出量获取单元用于基于模糊度隶属度函数，建立模糊控制规则后进行模糊推理，获取模糊输出量；

输出量清晰化单元用于采用重心法对模糊输出量清晰化，获取除湿机开启的功率比例。

优选地，根据除湿机开启的功率比例，对除湿机控制档位进行转换的方法为：

基于地下厂房各个层室的温湿度传感器所在区域，获取温湿度传感器对应的除湿机数量以及除湿机档位转换表；

基于除湿机开启的功率比例，参照除湿机档位转换表，完成除湿机控制档位转换。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明利用无线温湿度传感器在线监测厂房各个区域的温湿度实际情况，考虑了不同工况、季节与区域的不同湿度优化目标，同时综合考虑相对湿度的误差与误差变化率来指定厂房分区域除湿机控制方法，从而得到更科学，耗能量更优的厂房除湿机控制方法，按照温湿度传感器所处的位置控制相应区域的除湿机可以有效的优化该区域的温湿度环境，对厂房湿热环境的优化具有重要的工程实际意义。

附图说明

图1是本发明实施例提供的水电站地下厂房湿热环境优化系统架构示意图；

图2是本发明实施例提供的除湿机模糊控制方法流程图；

图3是本发明实施例提供的模糊控制输入量R_H隶属度函数示意图；

图4是本发明实施例提供的模糊控制输入量R_CH隶属度函数示意图；

图5是本发明实施例提供的模糊控制输出量P_H隶属度函数示意图；

图6是本发明实施例提供的除湿机模糊控制方法模糊输出表面示意图；

图7是本发明实施例提供的水电站厂房蜗壳层实际设备布置图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一方面，本发明提供了一种水电站地下厂房湿热环境优化系统，包括：

设置在现场层的分区域无线温湿度传感器以及尾水平台的温湿度传感器，用于在线监测温湿度参数；

设置在中间层的无线主机，用于通过无线连接的方式将温湿度传感器参数汇集；

设置在管理层的湿热环境优化系统服务器，用于经由RS-485通讯电缆将所有区域的无线主机的数据汇集，将地下厂房所有区域湿热环境指标监测数据上传至公司生产决策系统；

并根据制定的控制方法实现对分区域除湿机的多档功率在线控制，辅以厂房通风系统及送风机完成对厂房湿热环境的优化改善。

另一方面，基于上述的水电站地下厂房湿热环境优化系统，本发明提供了相应的除湿机控制方法，包括以下步骤：

(1)确定区域湿度优化目标；具体为：

对水电站进行工作状态判断，判断水电站机组处于正常运行状态或者机组处于停机或检修状态；

基于当前水电站机组的工作状态，根据尾水平台的温度传感器历史数据进行季节判断，确定不同季节的总体温湿度优化目标；

根据现场层的温湿度传感器所属区域标签判断温湿度传感器所属区域，从总体温湿度优化目标中分解出不同区域的湿度优化目标；

(2)根据区域湿度优化目标进行模糊控制输出；

(2.1)确定除湿机模糊控制方法的输入量和输出量；

定义湿度优化目标为h₁；实际室内湿度为h₂；定义相对湿度误差为R_H＝h₂-h₁；将当前湿度对于目标值的偏差R_H作为一个输入量；

模糊控制方法的另一个输入量为相对湿度误差的变化率R_CH；其中，

输出量为除湿机开启的功率比例P_H；

同时对模糊控制方法的输入进行对应控制周期的离散化；

(2.2)输入量和输出量的模糊化；

相对湿度误差R_H和湿度误差变化率R_CH依据厂房对湿度的控制要求可以分为五个模糊集：{负大(NB)，负小(NS)，零(ZO)，正小(PS)，正大(PB)}；除湿机开启的功率比例P_H选择四个模糊子集：{零(ZO)，小(S)，中(M)，大(L)}；

(2.3)模糊隶属度确定；

在本发明中，对于除湿机模糊控制方法的输入与输出变量统一选择三角形的隶属度函数；

(2.4)建立模糊控制规则；

模糊控制规则是通过专家知识与现场熟练工作人员经验的归纳与总结，根据水电站地下厂房工作人员的日常工作经验进行设计；

(2.5)模糊推理；

定义模糊控制规则I_j：

的模糊蕴含关系为：

具体计算方法为：

规则内的模糊集运算取交集，规则间的模糊集运算取并集；根据制定的每条模糊控制规则，计算出相应的模糊蕴含关系I_j，总的模糊蕴含关系I即为所有模糊控制规则所确定的模糊蕴含关系的取并运算；

(2.6)模糊输出量计算方法；

利用重心法进行除湿机模糊控制方法计算输出量，其数学表达式为：

其中，x是输出模糊子集的元素，μ_N(x)为输出模糊子集的元素隶属度值；

(3)根据输出控制量与实际除湿机控制档位转换。

根据输出量选择实际除湿机控制档位转换，由于除湿机不能根据输出量的大小调整除湿机的功率输出值，仅能调整不同档位与开关，需要根据控制量范围划分档位，并制作档位转换表。

另一方面，本发明提供了一种基于水电站地下厂房的除湿机控制系统，包括：

湿度优化目标确定模块，用于基于当前水电站机组的工作状态、尾水平台的历史温湿度参数以及地下厂房各个层室的温湿度参数采集区域，确定采集区域的湿度优化目标；

开启功率比例获取模块，用于根据所述采集区域的湿度优化目标，以相对湿度误差以及相对湿度误差的变化率为输入量，采用模糊控制方法，输出除湿机开启的功率比例；

除湿机控制档位转换模块，用于对照档位转换表，根据所述除湿机开启的功率比例，对除湿机控制档位进行转换。

优选地，湿度优化目标确定模块包括温湿度传感器、无线主机、总体温湿度优化目标确定单元和湿度优化目标分解单元；

温湿度传感器设置在地下厂房各个层室以及尾水平台，用于在线监测温湿度参数；

无线主机对应连接若干个温湿度传感器，用于汇集温湿度参数；

总体温湿度优化目标确定单元用于基于水电站机组的工作状态，根据尾水平台上的温度传感器采集的历史温湿度参数进行季节判断，确定不同季节的总体温湿度优化目标；

湿度优化目标分解单元用于根据地下厂房各个层室的温湿度传感器所属区域标签判断温湿度传感器所属区域，从总体温湿度优化目标中分解出采集区域的湿度优化目标。

优选地，功率比例获取模块包括输入输出量的确定单元、模糊输出量获取单元和输出量清晰化单元；

输入输出量的确定单元用于根据湿度优化目标，以相对湿度误差以及相对湿度误差的变化率为输入量，以除湿机开启的功率比例为输出量，将输入量和输出量模糊化并确定模糊度隶属度函数；

模糊输出量获取单元用于基于模糊度隶属度函数，建立模糊控制规则后进行模糊推理，获取模糊输出量；

输出量清晰化单元用于采用重心法对模糊输出量清晰化，获取除湿机开启的功率比例。

实施例

图1为本发明实施例提供的水电站地下厂房湿热环境优化系统架构示意图，基于图1，本发明提供了除湿机模糊控制方法，具体包括如下步骤：

S1：对厂房内需要温湿度监测区域按照布置均匀、重要程度区分的原则确定监测点的位置，并安装无线温湿度传感器；在合适位置安装无线主机用于接收分区域无线温室度传感器的监测数据，实现对厂房需要温湿度监测区域的全面在线监测；

S2：如图2所示，设计除湿机控制方法；

(1)在本发明对湿热环境优化研究中，厂房内空气的相对湿度为0～100％；定义控制方法的一个输入量相对湿度的误差R_H的基本论域为[-100,100]，另一个输入量为相对湿度的误差变化率R_CH的基本论域为[-50,50]；定义对应的模糊输入变量的量化的论域全部为[-3,3]；由于除湿机的开启功率总额只能为整数，即开启的功率占据总功率的比例在0～100％之间，因此，控制方法的输出量即除湿机的开启功率的比例P_H的基本量化论域为[0,1]，除湿机的离散化控制周期选取一小时；

(2)利用三角形隶属度函数，将除湿机模糊控制方法的输入域输出量进行模糊化，对应的隶属度函数示意图如图2～图5所示；

(3)确定模糊控制规则列出部分如下：

(3.1)如果控制区域相对湿度误差为负大且廊道相对湿度误差变化率为负大，则该区域除湿机的开启功率为小；

(if R_H is NB and R_CH is NB,then P_H is S)

(3.2)如果控制区域相对湿度误差为负大且廊道相对湿度误差变化率为负小，则该区域除湿机的开启功率为零；

(if R_H is NB and R_CH is NS,thenP_H is ZO)

(3.3)如果控制区域相对湿度误差为负大且廊道相对湿度误差变化率为零，则该区域除湿机的开启功率为零；

(if R_H is NB and R_CH is ZO,thenP_H is ZO)

(3.4)如果控制区域相对湿度误差为负大且廊道相对湿度误差变化率为正小，则该区域除湿机的开启功率为零；

(if R_H is NB and R_CH is PS,thenP_H is ZO)

(3.5)如果控制区域相对湿度误差为负大且廊道相对湿度误差变化率为正大，则该区域除湿机的开启功率为零；

(if R_H is NB and R_CH is PB,thenP_H is ZO)

为使得本发明设计的模糊控制规则表述更为直观，完整的模糊控制规则转换成如下表1：

表1

此时的除湿机模糊控制方法输出曲面如图6所示；

(4)对所有指定的模糊控制规则按照模糊推理方法，并利用重心法进行模糊控制量的清晰化，输出量除湿机开启功率的比例与模糊论域对应表2如下：

表2

S3：除湿机控制方法输出量与实际除湿机控制档位转换；

以图7蜗壳层实际温湿度传感器、无线主机及除湿机设备的布置为例，传感器控制区域除湿机对应表3；

表3

除湿机工作档位有1000W，1500W两档，由于存在单温湿度传感器控制区域一台或者两台除湿机的工作状态，故有两种除湿机控制方法输出量与实际除湿机控制档位转换的规则，一台除湿机控制方法输出量与实际除湿机控制档位转换的对应关系如表4所示；

表4

两台除湿机控制方法输出量与实际除湿机控制档位转换的对应关系如表5所示；

表5

两台除湿机的控制档位存在不同的开启方法，如2500W档位可以有两种开启方法，默认的开启方法为开启标号较小的除湿机。

综上所述，本发明与现有技术相比存在以下优势：

本发明利用无线温湿度传感器在线监测厂房各个区域的温湿度实际情况，考虑了不同工况、季节与区域的不同湿度优化目标，同时综合考虑相对湿度的误差与误差变化率来指定厂房分区域除湿机控制方法，从而得到更科学，耗能量更优的厂房除湿机控制方法，按照温湿度传感器所处的位置控制相应区域的除湿机可以有效的优化该区域的温湿度环境，对厂房湿热环境的优化具有重要的工程实际意义。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于水电站地下厂房的除湿机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于当前水电站机组的工作状态、尾水平台的历史温湿度参数以及地下厂房各个层室的温湿度参数采集区域，确定采集区域的湿度优化目标；

根据所述采集区域的湿度优化目标，以相对湿度误差以及相对湿度误差的变化率为输入量，采用模糊控制方法，输出除湿机开启的功率比例；

对照档位转换表，根据所述除湿机开启的功率比例，对除湿机控制档位进行转换。

2.根据权利要求1所述的除湿机控制方法，其特征在于，采集温湿度参数的方法，包括以下步骤：

在地下厂房的各个层室设置温湿度传感器，且在尾水平台也设置温湿度传感器，用以在线监测温湿度参数；

对若干个温湿度传感器对应设置一个无线主机，汇集温湿度参数。

3.根据权利要求1或2所述的除湿机控制方法，其特征在于，确定所述采集区域的湿度优化目标的方法，包括以下步骤：

基于水电站机组的工作状态，根据尾水平台上的温度传感器采集的历史温湿度参数进行季节判断，确定不同季节的总体温湿度优化目标；

根据地下厂房各个层室的温湿度传感器所属区域标签判断温湿度传感器所属区域，从总体温湿度优化目标中分解出采集区域的湿度优化目标。

4.根据权利要求3所述的除湿机控制方法，其特征在于，采用模糊控制方法，获取除湿机开启的功率比例，具体包括以下步骤：

根据湿度优化目标，以相对湿度误差以及相对湿度误差的变化率为输入量，以除湿机开启的功率比例为输出量，将输入量和输出量模糊化并确定模糊度隶属度函数；

基于模糊度隶属度函数，建立模糊控制规则后进行模糊推理，获取模糊输出量；

采用重心法对模糊输出量清晰化，获取除湿机开启的功率比例。

5.根据权利要求4所述的除湿机控制方法，其特征在于，根据除湿机开启的功率比例，对除湿机控制档位进行转换的方法为：

基于地下厂房各个层室的温湿度传感器所在区域，获取温湿度传感器对应的除湿机数量以及除湿机档位转换表；

基于除湿机开启的功率比例，参照除湿机档位转换表，完成除湿机控制档位转换。

6.一种基于水电站地下厂房的除湿机控制系统，其特征在于，包括：

湿度优化目标确定模块，用于基于当前水电站机组的工作状态、尾水平台的历史温湿度参数以及地下厂房各个层室的温湿度参数采集区域，确定采集区域的湿度优化目标；

开启功率比例获取模块，用于根据所述采集区域的湿度优化目标，以相对湿度误差以及相对湿度误差的变化率为输入量，采用模糊控制方法，输出除湿机开启的功率比例；

除湿机控制档位转换模块，用于对照档位转换表，根据所述除湿机开启的功率比例，对除湿机控制档位进行转换。

7.根据权利要求6所述的除湿机控制系统，其特征在于，所述湿度优化目标确定模块包括温湿度传感器、无线主机、总体温湿度优化目标确定单元和湿度优化目标分解单元；

所述温湿度传感器设置在地下厂房的各个层室以及尾水平台，用于在线监测温湿度参数；

所述无线主机对应连接若干个温湿度传感器，用于汇集温湿度参数；

总体温湿度优化目标确定单元用于基于水电站机组的工作状态，根据尾水平台上的温度传感器采集的历史温湿度参数进行季节判断，确定不同季节的总体温湿度优化目标；

湿度优化目标分解单元用于根据地下厂房各个层室的温湿度传感器所属区域标签判断温湿度传感器所属区域，从总体温湿度优化目标中分解出采集区域的湿度优化目标。

8.根据权利要求7所述的除湿机控制系统，其特征在于，所述开启功率比例获取模块包括输入输出量的确定单元、模糊输出量获取单元和输出量清晰化单元；

所述输入输出量的确定单元用于根据湿度优化目标，以相对湿度误差以及相对湿度误差的变化率为输入量，以除湿机开启的功率比例为输出量，将输入量和输出量模糊化并确定模糊度隶属度函数；

所述模糊输出量获取单元用于基于模糊度隶属度函数，建立模糊控制规则后进行模糊推理，获取模糊输出量；

所述输出量清晰化单元用于采用重心法对模糊输出量清晰化，获取除湿机开启的功率比例。

9.根据权利要求8所述的除湿机控制系统，其特征在于，根据除湿机开启的功率比例，对除湿机控制档位进行转换的方法为：

基于地下厂房各个层室的温湿度传感器所在区域，获取温湿度传感器对应的除湿机数量以及除湿机档位转换表；

基于除湿机开启的功率比例，参照除湿机档位转换表，完成除湿机控制档位转换。

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