CN115081955A - 一种用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统 - Google Patents

一种用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及数据处理领域，公开了一种用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统，包括安装在厂区内每台热泵空调主机上的信息登记模块，信息登记模块的输出端连接有信息传输模块，信息传输模块的输出端连接有故障影响评估模块，故障影响评估模块的输出端连接有故障响应策略选择模块，故障响应策略选择模块的输出端连接有多能转供模块。本发明信息登记模块的设置，能够在热泵空调机组上记录热泵空调的信息，进而能够在热泵空调发生故障的时候，将这些设备信息通过信息传输模块传输给故障影响评估模块，以计算发生故障的热泵空调故障影响评价指标，进而能够将热泵空调故障产生的影响量化。

Description

一种用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统
技术领域
本发明涉及数据处理领域，具体涉及一种用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统。
背景技术
在工业园区中，存在多种能源供给的系统，常见的是冷、热、电和气四种能源供给形式，各个形式的能源对控制参数调节的响应速度不同，能源形式的不同导致受控量的时间响应尺度不同。在一个工业园区的能源供给系统中，不同类型的设备出现故障，需要调度其他设备来实现各个能源供给设备之间能源的匹配和转化，以分担补充该故障设备产生的差额功率。在一个存在光伏电池、热泵空调、吸收式制冷机、冰蓄冷装置、蓄电池、燃气轮机、余热锅炉、燃气锅炉和蓄热器九种供能设备的工厂园区内，热泵空调机组出现故障时，热泵空调机组所能提供的最大供冷量无法完全满足厂区内的用户需求，需要其它的能源系统做出适应的改变来承担负荷缺口。对于发生故障的热泵空调机组，如果能够根据热泵空调对整个工厂园区的影响做出评估，并根据评估的结果做出对应的响应方式来实现故障隔离和多能转供，以弥补由于故障带来的供冷量缺额，将会对工厂园区的产能和经济效益带来提升，优化故障时厂区内能源结构。
针对以上问题，本发明提出一种能够在热泵空调发生故障时，对发生故障的热泵空调机组做出影响评估以适应性改变响应策略的用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有工厂园区内的集中式能源管理系统无法在热泵空调发生故障时对故障的热泵空调做出影响评估来调整故障处理策略的问题，提供了一种用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题：
一种用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统，包括安装在厂区内每台热泵空调主机上的信息登记模块，所述信息登记模块的输出端连接有信息传输模块，所述信息传输模块的输出端连接有故障影响评估模块，所述故障影响评估模块的输出端连接有故障响应策略选择模块，所述故障响应策略选择模块的输出端连接有多能转供模块，故障影响评估模块中序号为i的热泵空调故障影响评价指标记为Ai，所述热泵空调故障影响评价指标Ai的公式为：
Figure 232467DEST_PATH_IMAGE001
。
所述i记为热泵空调序号，所述t1i记为热泵空调运行时长，所述t2i记为热泵空调停机时长，所述Ri记为热泵空调机组故障的危险等级，所述N1i记为热泵空调机组关联的设备台数，所述N2i记为热泵空调机组关联的车间数，所述qi记为热泵空调关联的产能占比，所述pi记为运行模式，所述i、所述t1i、所述t2i、所述Ri、所述N1i、所述N2i、所述qi、所述pi均为所述信息登记模块记录登记的信息。
进一步地，信息传输模块为每台热泵空调均设置相互独立的传输通道，所述传输通道能够通过单独分开的信息传输线或者信号传输线实现，所述故障影响评估模块为每台热泵空调设置与所述信息传输模块传输通道一一对应的用于计算所述Ai的计算包。
进一步地，所述热泵空调运行时长t1i与所述热泵空调停机时长t2i存在关系式：t1i+t2i=24。
进一步地，所述热泵空调机组的危险等级Ri的值设为：
Figure 345916DEST_PATH_IMAGE002
，其中当Ri等于0表示空调机组发生故障时危险等级低，当Ri等于1时表示空调机组发生故障时危险等级中等，当Ri等于10时表示空调机组发生故障时危险等级高。
进一步地，将j记为序号为i的热泵空调机组关联的车间序号，序号为j的热泵空调机组所关联的车间产能记为Ej，将厂区总产能记为Ea，将序号为i的热泵空调关联的车间产能占比记为qi，序号为i的热泵空调关联的车间产能占比qi的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
。
进一步地，所述运行模式的值pi设为，当pi等于0时表示空调机组处于正常运行模式，当pi等于1时表示空调机组处于停机检修模式。
进一步地，所述故障响应策略选择模块包括与所述故障影响评估模块相互连接的识别模块，所述识别模块的输出端连接有经济最优响应模块和时间最优响应模块，所述识别模块识别0≤Ai<2时启动所述经济最优响应模块，所述识别模块识别Ai>2时启动所述时间最优响应模块。
进一步地，所述经济最优响应模块包括与所述识别模块相连接的转供能源成本估算模块，所述转供能源成本估算模块的输出端连接有最经济转供能源形式选择模块，所述时间最优响应模块包括与所述识别模块相互连接的转供响应时间估算模块，所述转供响应时间估算模块的输出端连接有最快响应转供能源形式选择模块。
进一步地，所述转供能源成本估算模块将热泵空调机组由于故障引起的供冷功率缺口记为△PC，将吸收式制冷机组提供单位冷功率所耗费的成本记为CAR，将冰蓄冷机组提供单位冷功率所耗费的成本记为Cice，将补充冷功率能源缺口引起的成本记为Ceco，所述补充冷功率能源缺口引起的成本计算公式为：
Figure 84196DEST_PATH_IMAGE004
；
所述响应时间估算模块将吸收式制冷机组的响应时间记为△TAR，将冰蓄冷机组的响应时间为△Tice，所述补充冷功率能源缺口引起的响应时间记为△Tf，所述补充冷功率能源缺口引起的响应时间计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
。
进一步地，所述多能转供模块包括与所述最经济转供能源形式选择模块和所述最快响应转供能源形式选择模块均相互连接的吸收式制冷机组运行参数转化模块和冰蓄冷机组运行参数转化模块。
本发明相比现有技术具有以下优点：该用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统，通过信息登记模块的设置，能够在热泵空调机组上记录热泵空调的运行时长、停机时长、故障危险等级、关联设备台数、关联车间数、关联产能占比和运行模式信息，进而能够在热泵空调发生故障的时候，将这些设备信息通过信息传输模块传输给故障影响评估模块，以计算发生故障的热泵空调故障影响评价指标，进而能够将热泵空调故障产生的影响量化，根据热泵空调故障影响评价指标的数值范围来选择故障后冰蓄冷机组和吸收式制冷机组的响应策略，进而能够保障处理的适应性响应策略。
附图说明
图1是本发明的整体结构图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提供一种技术方案：一种用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统，包括安装在厂区内每台热泵空调主机上的信息登记模块，所述信息登记模块的输出端连接有信息传输模块，所述信息传输模块的输出端连接有故障影响评估模块，所述故障影响评估模块的输出端连接有故障响应策略选择模块，所述故障响应策略选择模块的输出端连接有多能转供模块，故障影响评估模块中序号为i的热泵空调故障影响评价指标记为Ai，所述热泵空调故障影响评价指标Ai的公式为：
Figure 370821DEST_PATH_IMAGE001
。
所述i记为热泵空调序号，所述t1i记为热泵空调运行时长，所述t2i记为热泵空调停机时长，所述Ri记为热泵空调机组故障的危险等级，所述N1i记为热泵空调机组关联的设备台数，所述N2i记为热泵空调机组关联的车间数，所述qi记为热泵空调关联的产能占比，所述pi记为运行模式，所述i、所述t1i、所述t2i、所述Ri、所述N1i、所述N2i、所述qi、所述pi均为所述信息登记模块记录登记的信息。
通过信息登记模块的设置，能够在热泵空调机组上记录热泵空调的运行时长、停机时长、故障危险等级、关联设备台数、关联车间数、关联产能占比和运行模式信息，实现对热泵空调机组的分层分布式记录设备信息，进而能够在热泵空调发生故障的时候，将这些设备信息通过信息传输模块传输给故障影响评估模块，以计算发生故障的热泵空调故障影响评价指标，进而能够将热泵空调故障产生的影响量化，根据热泵空调故障影响评价指标的数值范围来选择故障后冰蓄冷机组和吸收式制冷机组的响应策略，进而能够保障处理的适应性响应策略。
信息传输模块为每台热泵空调均设置相互独立的传输通道，所述传输通道能够通过单独分开的信息传输线或者信号传输线实现，故障影响评估模块为每台热泵空调设置与信息传输模块传输通道一一对应的用于计算Ai的计算包。
通过信息传输模块的设置，能够为每一台热泵空调提供对应的独立传输通道，进而在一些信息传输通道发生故障时，不产生交联相互感染，不引起整个信息传输模块的瘫痪，实现有效的故障隔离。避免造成故障影响评估模块无法获取参数值对热泵空调故障影响评价指标的计算，而最终无法调用正确的响应策略去实现吸收式制冷机组和冰蓄冷机组的能流转化，而不能弥补冷功率缺口。通过多个一一对应的计算包的设置，有助于实现多线程同时计算和工作，这就为多台设备同时故障提供了响应策略的多线程选择，有助于提高故障处理的效率。
热泵空调运行时长t1i与热泵空调停机时长t2i存在关系式：t1i+t2i=24。
通过将空调运行时长和热泵空调的停机时长设置和为24，便于表达每个工厂热泵空调不同的运行时长以及停机时长，进而便于在热泵空调故障影响评价指标中，根据运行时长和停机时长去评估故障产生的影响。对于t1i>t2i时，
Figure 432318DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为负整数，
Figure 28253DEST_PATH_IMAGE008
中0.596和2.748，根据经验值确定，将影响设备台数计入影响评价指标的计算中，将影响车间数计入影响评价指标中，且车间数对于故障影响评价指标的影响进行放大，因为影响车间数越多对于整个工厂园区的影响则越大。
热泵空调机组的危险等级Ri的值设为：
Figure 440780DEST_PATH_IMAGE002
，其中当Ri等于0表示空调机组发生故障时危险等级低，当Ri等于1时表示空调机组发生故障时危险等级中等，当Ri等于10时表示空调机组发生故障时危险等级高。
设置热泵空调机组故障的危险等级，能够将热泵空调在厂区内担任的角色等级进行划分，有些厂区内热泵空调不是单一的用于处理空气热和湿的，很多的半导体厂区内热泵空调关系着光刻机的精度、洁净室的洁净等级和有毒化学品间的使用，因此热泵空调出现故障不光是引起产能的变化，也有可能引起危险事故的产生，因此在此处设置热泵空调故障的危险等级，以此表征热泵空调在生产中担任的角色产生故障是否有危险的发生，将发生故障时危险等级低的情况危险等级记为0，Ri=0时，
Figure 468779DEST_PATH_IMAGE009
等于0，以此使得余项
Figure 712678DEST_PATH_IMAGE010
等于0，则
Figure 902351DEST_PATH_IMAGE011
，此时选择经济最优响应模式；当Ri=1或10时将运行时长和停机时长对Ai的影响进行逐级的扩增，以此根据除发生故障时的危险等级以外的因素量度对Ai的影响。
将j记为序号为i的热泵空调机组关联的车间序号，序号为j的热泵空调机组所关联的车间产能记为Ej，将厂区总产能记为Ea，将序号为i的热泵空调关联的车间产能占比记为qi，序号为i的热泵空调关联的车间产能占比qi的计算公式为：
Figure 802174DEST_PATH_IMAGE003
。
根据发生故障时人泵空调机组对于产能的影响做出量化的比值，根据产能占比去观察Ai的变化。
运行模式的值pi设为，当pi等于0时表示空调机组处于正常运行模式，当pi等于1时表示空调机组处于停机检修模式。
通过运行模式的设置能够在停机检修时pi=0，将余项：
Figure 181334DEST_PATH_IMAGE010
计算为0，选择经济最优的响应模式，正常模式运行时，选择除运行模式以外的影响因素表征对Ai的影响。
所述故障响应策略选择模块包括与所述故障影响评估模块相互连接的识别模块，所述识别模块的输出端连接有经济最优响应模块和时间最优响应模块，所述识别模块识别0≤Ai<2时启动所述经济最优响应模块，所述识别模块识别Ai>2时启动所述时间最优响应模块。
通过识别模块的设置，能够根据Ai在的数值区间范围辨识热泵空调机组发生故障时产生的影响值，进而根据热泵空调故障影响评价指标Ai的数值进行判断，便于省去繁琐的讨论和过程分析，极大程度节约了热泵空调处理故障的效率。
所述经济最优响应模块包括与所述识别模块相连接的转供能源成本估算模块，所述转供能源成本估算模块的输出端连接有最经济转供能源形式选择模块，所述时间最优响应模块包括与所述识别模块相互连接的转供响应时间估算模块，所述转供响应时间估算模块的输出端连接有最快响应转供能源形式选择模块。
转供能源成本估算模块将热泵空调机组由于故障引起的供冷功率缺口记为△PC，将吸收式制冷机组提供单位冷功率所耗费的成本记为CAR，将冰蓄冷机组提供单位冷功率所耗费的成本记为Cice，将补充冷功率能源缺口引起的成本记为Ceco，补充冷功率能源缺口引起的成本计算公式为：
Figure 483002DEST_PATH_IMAGE004
；
响应时间估算模块将吸收式制冷机组的响应时间记为△TAR，将其冰蓄冷机组的响应时间为△Tice，补充冷功率能源缺口引起的响应时间记为△Tf，补充冷功率能源缺口引起的响应时间计算公式为：
Figure 843577DEST_PATH_IMAGE012
。
根据成本计算公式和响应时间计算公式，能够根据Ai的取值判断选择经济最优响应策略还是时间最优响应策略，进而选取合适的制冷系统实现能源的转供，
所述多能转供模块包括与所述最经济转供能源形式选择模块和所述最快响应转供能源形式选择模块均相互连接的吸收式制冷机组运行参数转化模块和冰蓄冷机组运行参数转化模块。
通过吸收式制冷机组运行参数转化模块的设置，能够在响应策略的选择后选择吸收式制冷机组进行转供能源时，将冷功率缺额分担给吸收式制冷机组，进而转化为便于控制的吸收式制冷机组的运行参数；通过冰蓄冷机组运行参数转化模块的设置，能够在选择冰蓄冷机组实现冷功率差额补给时，将冷功率差额转化为冰蓄冷机组的运行参数，便于实现并冰蓄冷机组运行参数的调整。
综上所述，本发明通过信息传输模块的设置，能够为每一台热泵空调提供对应的独立传输通道，进而在一些信息传输通道发生故障时，不产生交联相互感染，而不引起整个信息传输模块的瘫痪，实现有效的故障隔离。避免造成故障影响评估模块无法获取参数值对热泵空调故障影响评价指标的计算，而最终无法调用正确的响应策略去实现吸收式制冷机组和冰蓄冷机组的能流转化，而不能弥补冷功率缺口。通过多个一一对应的计算包的设置，有助于实现多线程同时计算和工作，这就为多台设备同时故障提供了响应策略的多线程选择，有助于提高故障处理的效率。通过将空调运行时长和热泵空调的停机时长设置和为24，便于表达每个工厂热泵空调不同的运行时长以及停机时长，进而便于在热泵空调故障影响评价指标中，根据运行时长和停机时长去评估故障产生的影响。对于t1i>t2i时，
Figure 293012DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 662814DEST_PATH_IMAGE014
为负整数，
Figure 553410DEST_PATH_IMAGE015
中0.596和2.748，根据经验值确定，将影响设备台数计入影响评价指标的计算中，将影响车间数计入影响评价指标中，且车间数对于故障影响评价指标的影响进行放大，因为影响车间数越多对于整个工厂园区的影响则越大。设置热泵空调机组故障的危险等级，能够将热泵空调在厂区内担任的角色等级进行划分，有些厂区内热泵空调不是单一的用于处理空气热和湿的，很多的半导体厂区内热泵空调关系着光刻机的精度、洁净室的洁净等级和有毒化学品间的使用，因此热泵空调出现故障不光是引起产能的变化，也有可能引起危险事故的产生，因此在此处设置热泵空调故障的危险等级，以此表征热泵空调在生产中担任的角色产生故障是否有危险的发生，将发生故障时危险等级低的情况危险等级记为0，Ri=0时，
Figure 662049DEST_PATH_IMAGE009
等于0，以此使得余项
Figure 270885DEST_PATH_IMAGE016
等于0，则
Figure 444377DEST_PATH_IMAGE011
，此时选择经济最优响应模式；当Ri=1或10时将运行时长和停机时长对Ai的影响进行逐级的扩增，以此根据除发生故障时的危险等级以外的因素量度对Ai的影响。根据发生故障时，人泵空调机组对于产能的影响做出量化的比值，根据产能占比去观察Ai的变化。通过运行模式的设置能够在停机检修时pi=0，将余项
Figure 517375DEST_PATH_IMAGE017
计算为0，选择经济最优的响应模式，正常模式运行时，选择除运行模式以外的影响因素表征对Ai的影响。通过识别模块的设置，能够根据Ai在的数值区间范围辨识热泵空调机组发生故障时产生的影响值，进而根据热泵空调故障影响评价指标Ai的数值进行判断，便于省去繁琐的讨论和过程分析，极大程度节约了热泵空调处理故障的效率。根据成本计算公式和响应时间计算公式能够根据Ai的取值判断，选择经济最优响应策略还是时间最优响应策略，进而选取合适的制冷系统实现能源的转供。通过吸收式制冷机组运行参数转化模块的设置，能够在响应策略的选择后选择吸收式制冷机组进行转供能源，将冷功率缺额分担给吸收式制冷机组，进而转化为便于控制的吸收式制冷机组的运行参数；通过冰蓄冷机组运行参数转化模块的设置，能够在选择冰蓄冷机组实现冷功率差额补给时，将冷功率差额转化为冰蓄冷机组的运行参数，便于实现并冰蓄冷机组运行参数的调整。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统，其特征在于，包括安装在厂区内每台热泵空调主机上的信息登记模块，所述信息登记模块的输出端连接有信息传输模块，所述信息传输模块的输出端连接有故障影响评估模块，所述故障影响评估模块的输出端连接有故障响应策略选择模块，所述故障响应策略选择模块的输出端连接有多能转供模块，故障影响评估模块中序号为i的热泵空调故障影响评价指标记为Ai，所述热泵空调故障影响评价指标Ai的公式为：
Figure 841667DEST_PATH_IMAGE001
，
所述i记为热泵空调序号，所述t1i记为热泵空调运行时长，所述t2i记为热泵空调停机时长，所述Ri记为热泵空调机组故障的危险等级，所述N1i记为热泵空调机组关联的设备台数，所述N2i记为热泵空调机组关联的车间数，所述qi记为热泵空调关联的产能占比，所述pi记为运行模式，所述i、所述t1i、所述t2i、所述Ri、所述N1i、所述N2i、所述qi、所述pi均为所述信息登记模块记录登记的信息。
2.根据权利要求1所述的一种用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统，其特征在于：所述信息传输模块为每台热泵空调均设置相互独立的传输通道，所述故障影响评估模块为每台热泵空调设置与所述信息传输模块传输通道一一对应的用于计算所述Ai的计算包。
3.根据权利要求1所述的一种用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统，其特征在于：所述热泵空调运行时长t1i与所述热泵空调停机时长t2i存在关系式：t1i+t2i=24。
4.根据权利要求1所述的一种用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统，其特征在于：所述热泵空调机组的危险等级Ri的值设为：
Figure 724172DEST_PATH_IMAGE002
，其中当Ri等于0表示空调机组发生故障时危险等级低，当Ri等于1时表示空调机组发生故障时危险等级中等，当Ri等于10时表示空调机组发生故障时危险等级高。
5.根据权利要求1所述的一种用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统，其特征在于：将j记为序号为i的热泵空调机组关联的车间序号，序号为j的热泵空调机组所关联的车间产能记为Ej，将厂区总产能记为Ea，将序号为i的热泵空调关联的车间产能占比记为qi，序号为i的热泵空调关联的车间产能占比qi的计算公式为：
Figure 138973DEST_PATH_IMAGE003
。
6.根据权利要求1所述的一种用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统，其特征在于：所述运行模式的值pi设为
Figure 81521DEST_PATH_IMAGE004
，当pi等于0时表示空调机组处于正常运行模式，当pi等于1时表示空调机组处于停机检修模式。
7.根据权利要求1所述的一种用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统，其特征在于：所述故障响应策略选择模块包括与所述故障影响评估模块相互连接的识别模块，所述识别模块的输出端连接有经济最优响应模块和时间最优响应模块，所述识别模块识别0≤Ai<2时启动所述经济最优响应模块，所述识别模块识别Ai>2时启动所述时间最优响应模块。
8.根据权利要求7所述的一种用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统，其特征在于：所述经济最优响应模块包括与所述识别模块相连接的转供能源成本估算模块，所述转供能源成本估算模块的输出端连接有最经济转供能源形式选择模块，所述时间最优响应模块包括与所述识别模块相互连接的转供响应时间估算模块，所述转供响应时间估算模块的输出端连接有最快响应转供能源形式选择模块。
9.根据权利要求8所述的一种用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统，其特征在于：所述转供能源成本估算模块将热泵空调机组由于故障引起的供冷功率缺口记为△PC，将吸收式制冷机组提供单位冷功率所耗费的成本记为CAR，将冰蓄冷机组提供单位冷功率所耗费的成本记为Cice，将补充冷功率能源缺口引起的成本记为Ceco，所述补充冷功率能源缺口引起的成本计算公式为：
Figure 519456DEST_PATH_IMAGE005
；
所述响应时间估算模块将吸收式制冷机组的响应时间记为△TAR，将冰蓄冷机组的响应时间为△Tice，所述补充冷功率能源缺口引起的响应时间记为△Tf，所述补充冷功率能源缺口引起的响应时间计算公式为：
Figure 753122DEST_PATH_IMAGE006
。
10.根据权利要求1所述的一种用于综合供能系统的分层分布式故障处理系统，其特征在于：所述多能转供模块包括与所述最经济转供能源形式选择模块和所述最快响应转供能源形式选择模块均相互连接的吸收式制冷机组运行参数转化模块和冰蓄冷机组运行参数转化模块。
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