ES2843727T3 - Procedimiento y dispositivo para operar un sistema técnico - Google Patents

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Andreas Pirsing
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Abstract

Procedimiento para operar un sistema técnico (1) con un número de componentes (21 - 25) controlables por medio de variables de control durante un período de control (TS) que comprende una pluralidad de períodos de optimización (Topt), con: a) determinación (110) de al menos una variable de control optimizada para cada uno de los períodos de optimización (Topt) para minimizar o maximizar una función diana del sistema (1) de modo que al menos una variable del sistema (V(t)) cumpla un número de condiciones secundarias predeterminadas (Vmín, Vmáx), relacionadas con el período de control (Topt), en el que la determinación comprende: - establecer (111) una función de evaluación (X(ΔV)) para cada una de las condiciones secundarias (Vmín, Vmáx) para evaluar un cambio (ΔV) en la variable del sistema (V(t)) al final del período de optimización (Topt) basándose en un valor actual (V0) de la variable del sistema (V(t)) al comienzo (t0) del período de optimización (Topt), un gradiente máximo alcanzable (V1(t)) de la variable del sistema (V(t)) relacionado con la condición secundaria (Vmín, Vmáx) durante el período de control (TS) y un gradiente mínimo alcanzable (V2(t)) de la variable del sistema (V(t)) relacionado con la condición secundaria (Vmín, Vmáx) durante el período de control (TS), y - aplicar (112) un algoritmo de optimización para minimizar o maximizar la función diana usando las funciones de evaluación establecidas (X(ΔV)), en el que la al menos una variable del sistema V(t) se determina como la respuesta del sistema a la al menos una variable de control optimizada de los componentes controlables (21-25), y b) ajustar (120) la al menos una variable de control optimizada determinada para operar los componentes controlables (21-25).

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y dispositivo para operar un sistema técnico
La presente invención se refiere a un procedimiento para operar un sistema técnico con un número de componentes que pueden ser controlados mediante variables de control durante un período de control que comprende una pluralidad de períodos de optimización. La presente invención también se refiere a un producto de programa informático para llevar a cabo dicho procedimiento y a un dispositivo para operar un sistema técnico con un número de componentes que pueden ser controlados mediante variables de control durante un período de control que comprende una pluralidad de períodos de optimización.
Para operar un sistema técnico, como por ejemplo una red de agua o una red de suministro de energía, a menudo se usan algoritmos de optimización o procedimientos de optimización matemáticos. Los algoritmos de optimización se usan para lograr un objetivo predeterminado, en particular para minimizar o maximizar una función diana. Para el ejemplo de una red de agua, la función diana puede relacionarse, por ejemplo, con la minimización del consumo de energía para bombear y tratar el agua. Por medio del algoritmo de optimización se optimizan determinadas variables de control, que se usan para ajustar los componentes controlables del sistema técnico, por ejemplo bombas y válvulas de la red de agua. Por medio de la optimización, se pueden generar planes de control para todos los procesos o componentes controlables en el sistema similar a una red, a menudo durante un período de optimización relativamente corto, por ejemplo 24 horas.
Para poder proporcionar planes de control adecuados, el algoritmo de optimización debe tener en cuenta algunas condiciones límite técnicas o condiciones secundarias, por ejemplo, determinados valores límite para los componentes controlables, tales como bombas o válvulas. Otros ejemplos de esto son los valores mínimos o máximos de las variables del sistema, tales como, por ejemplo, valores umbral predeterminados para las capacidades de las etapas de procesamiento para el agua o niveles de llenado mínimo o máximo de los tanques de almacenamiento para el ejemplo de una red de agua. Muchas de estas condiciones se pueden evaluar directamente o en un período de optimización corto de, por ejemplo, 24 horas. Sin embargo, también existen condiciones límite o condiciones secundarias que requieren un horizonte de observación más largo, por ejemplo, de unas pocas semanas, meses o años. Ejemplos de estas condiciones secundarias a largo plazo son los objetivos de producción, tales como un determinado flujo de agua por mes o tiempos máximos de funcionamiento de las bombas por mes o año. Tales condiciones secundarias a largo plazo no pueden modelarse mediante condiciones límite convencionales dentro de un período de optimización más corto. Un enfoque simple para tener en cuenta las condiciones secundarias a largo plazo es extender el período de optimización a este período a largo plazo. Sin embargo, esto da como resultado, de manera desventajosa, un tiempo de ejecución prolongado del algoritmo de optimización, que, por ejemplo, también puede ser demasiado largo en algunas aplicaciones. Esto también se muestra en ANDREWS M ET AL: "Optimal utility based multiuser throughput allocation subject to throughput constraints"; INFOCOM 2005, ISBN: 978-0-7803-8968-7 y en JAN MATTMÜLLER ET AL: "Calculating a near time-optimal jerk-constrained trajectory along a specified smooth path"; THE INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY, SPRINGER, BERLIN, Bd. 45, número 9-10, 19 de abril de 2009.
Otro enfoque convencional para procesar condiciones secundarias a largo plazo es transformarlas en condiciones límite estrictas simples dentro del período de optimización más corto. Esto se puede hacer mediante operaciones aritméticas simples o distribuciones estocásticas. Sin embargo, estos enfoques tienen la desventaja de que no siempre pueden proporcionar la mejor solución para operar la red de agua durante todo el período de control.
En este contexto, un objetivo de la presente invención es mejorar el funcionamiento de un sistema técnico, tal como una red de agua, por ejemplo.
En consecuencia, se propone un procedimiento para operar un sistema técnico con un número de componentes que pueden ser controlados mediante variables de control durante un período de control que comprende una pluralidad de períodos de optimización. El procedimiento comprende las siguientes etapas:
determinación de al menos una variable de control optimizada para cada uno de los períodos de optimización para minimizar o maximizar una función diana del sistema de modo que al menos una variable del sistema cumpla un número de condiciones secundarias predeterminadas, relacionadas con el período de control, en el que la determinación comprende:
- establecer una función de evaluación para cada una de las condiciones secundarias para evaluar un cambio en la variable del sistema al final del período de optimización basándose en un valor actual de la variable del sistema al comienzo del período de optimización, un gradiente máximo alcanzable de la variable del sistema relacionado con la condición secundaria durante el período de control y un gradiente mínimo alcanzable de la variable del sistema relacionado con la condición secundaria durante el período de control, y
- aplicar un algoritmo de optimización para minimizar o maximizar la función diana usando las funciones de evaluación establecidas, en el que la al menos una variable del sistema se determina como la respuesta del sistema a la al menos una variable de control optimizada de los componentes controlables, y
ajustar la al menos una variable de control optimizada determinada para operar los componentes controlables.
El sistema técnico es, por ejemplo, un sistema similar a una red, tal como una red de agua o una red de suministro de energía. Los componentes controlables, por ejemplo de una red de agua, son en particular bombas y válvulas. El período de optimización del algoritmo de optimización también se puede denominar horizonte de optimización. Para el ejemplo de la red de agua, el período de optimización puede ser, por ejemplo, de 24 horas. El período de control también puede verse como un período de observación o un horizonte de observación y es, por ejemplo, de 30 días. Para este ejemplo, el período de control comprende 30 períodos de optimización.
Para una red de agua, por ejemplo, la variable del sistema es un flujo de agua acumulado en un punto específico de la red de agua, por ejemplo, en una bomba. A continuación, la bomba se activa por medio de una variable de control.
La condición secundaria relacionada con el período de control también puede denominarse condición secundaria a largo plazo debido a su relación con el período de control, que es significativamente mayor que el período de optimización.
De acuerdo con el presente procedimiento, las funciones de evaluación, en particular con valores de función entre 0 y 1, se configuran para condiciones secundarias a largo plazo, pudiendo ajustarse una función de penalización (penalty function) para la función de evaluación respectiva, que se puede añadir fácilmente como un sumando a la función diana.
Después de esto, las condiciones secundarias a largo plazo se tienen en cuenta de manera adecuada al aplicar la optimización para cada período de optimización. En particular, las condiciones secundarias a largo plazo se tienen en cuenta sin que el período de optimización tenga que ampliarse o prolongarse. Como resultado, el esfuerzo computacional requerido apenas aumenta en el presente procedimiento. Por esta razón, la viabilidad de esta optimización también está garantizada para una aplicación en línea.
En contraste con los enfoques convencionales, las condiciones secundarias a largo plazo no se dividen en períodos de optimización más pequeños en el presente procedimiento, por ejemplo, mediante operaciones aritméticas simples tales como distribución uniforme. Comparado con tales enfoques convencionales, el presente procedimiento es significativamente más flexible. Además, en el presente caso, la función de evaluación establecida proporciona una interfaz simple para el algoritmo de optimización, ya que la función de evaluación en particular solo tiene valores de función entre 0 y 1 que deben transferirse al algoritmo de optimización. Por esta razón, no es necesario modificar el algoritmo de optimización. Como ya se mencionó anteriormente, a la función diana solo se añade una función de penalización basada en la función de evaluación establecida. En consecuencia, solo es necesaria una etapa preparatoria, que transforma la función de evaluación en una función de penalización válida que cumple las condiciones marco predeterminadas y específicas del algoritmo. Un ejemplo de un algoritmo de optimización es el algoritmo SQP (SQP; Sequential Quadratic Programming).
Se establece una función de evaluación para cada condición secundaria a largo plazo (y, si corresponde, valores acumulados). Al hacerlo, se establecen gradientes máximos y mínimos de la variable del sistema, en particular derivándolos de condiciones límite técnicas y lógicas. Por ejemplo, una bomba puede funcionar durante un máximo de 24 horas al día menos el tiempo de mantenimiento. Otro ejemplo es que el flujo máximo de agua a través de una bomba es la suma de agua cuando la bomba funciona constantemente durante 24 horas. Además de dichos gradientes lineales y constantes, también es posible predecir límites no lineales de cualquier progresión. Por ejemplo, si un determinado período de tiempo está programado para mantenimiento en un determinado instante, el gradiente se puede modelar como una línea horizontal para ese período de tiempo.
La función de evaluación respectiva se establece, preferentemente, una vez al comienzo del período de control para luego ser usada para cada uno de los períodos de optimización dentro del período de control.
De acuerdo con un modo de realización, el intervalo de valores de la función de evaluación está entre 0 y 1.
De acuerdo con un modo de realización adicional, la variable del sistema describe un valor acumulado durante el período de control. De acuerdo con un modo de realización adicional, la función de evaluación está configurada para evaluar (valorar) la condición secundaria a largo plazo basándose en función de la variable del sistema acumulada en el período de optimización.
La función de evaluación se introduce, en este caso, para evaluar o valorar el valor acumulado de la variable del sistema al final del período de optimización a corto plazo actual.
De acuerdo con un modo de realización adicional, antes de que se establezca la función de evaluación, se excluyen tales cambios en la variable del sistema que requieren un valor de la variable del sistema determinado en función del gradiente máximo alcanzable de la variable del sistema durante el período de control y en función del gradiente mínimo alcanzable de la variable del sistema durante el período de control, que no cumple la condición secundaria a largo plazo.
Esto determina distribuciones válidas del cambio en la variable del sistema. Una distribución o un valor de la variable del sistema no es válido, como se indicó anteriormente, si conduce a una situación en la que la condición ya no se puede cumplir, independientemente de las etapas de optimización futuras.
De acuerdo con un modo de realización adicional, el procedimiento comprende:
establecer una función de penalización con la función de evaluación establecida como argumento,
ampliar la función diana por la función de penalización establecida, y
aplicar el algoritmo de optimización a la función diana ampliada.
De acuerdo con un modo de realización adicional, la función de evaluación se establece de tal manera que su valor de función es igual a 0 si, basándose en el gradiente máximo alcanzable de la variable del sistema y basándose en el gradiente mínimo alcanzable de la variable del sistema, se asegura que la condición secundaria se cumple desde el instante actual hasta el final del período de control.
De acuerdo con un modo de realización adicional, la función de evaluación se establece de tal manera que su valor de función es mayor que 0 y menor o igual que 1 si, basándose en el gradiente máximo alcanzable de la variable del sistema y basándose en el gradiente mínimo alcanzable de la variable del sistema, se asegura que la condición secundaria aún se pueda cumplir desde el instante actual hasta el final del período de control.
De acuerdo con un modo de realización adicional, la función de evaluación se establece de modo que su valor de función fuera igual a 1 si, basándose en el gradiente máximo alcanzable de la variable del sistema y basándose en el gradiente mínimo alcanzable de la variable del sistema, se asegura que la condición secundaria (ya) no se puede cumplir desde un instante actual hasta el final del período de control.
De acuerdo con un modo de realización adicional, la función de evaluación para el problema de valor mínimo se establece mediante
Figure imgf000004_0001
en la que V es la variable del sistema, A V es el cambio en la variable del sistema, fe es el instante actual, Topt es el período de optimización, V0 es un valor actual de la variable del sistema al comienzo del período de optimización, V i es un gradiente máximo alcanzable de la variable del sistema durante el período de control y V2 es un gradiente mínimo alcanzable de la variable del sistema durante el período de control.
De acuerdo con un modo de realización adicional, además de la introducción de la función de evaluación, se añade la siguiente condición límite estricta:
Figure imgf000004_0002
De acuerdo con un modo de realización adicional, la función de evaluación para el problema de valor máximo se establece mediante
Figure imgf000004_0003
De acuerdo con un modo de realización adicional, además de la introducción de la función de evaluación, se añade la siguiente condición límite estricta:
Figure imgf000005_0001
De acuerdo con un modo de realización adicional, el sistema técnico es una instalación similar a una red, una red de suministro de energía o una red de agua.
De acuerdo con un modo de realización adicional, el número de componentes controlables comprende una válvula y/o una bomba.
De acuerdo con un modo de realización adicional, el número de componentes controlables comprende un convertidor, un transformador, una central eléctrica y/o una subestación transformadora.
Además se propone un producto de programa informático que provoca la ejecución del procedimiento como se explicó anteriormente en un dispositivo controlado por programa.
Puede proporcionarse o suministrarse un producto de programa informático tal como, por ejemplo, un medio de programa informático, por ejemplo, como medio de almacenamiento, tal como, por ejemplo, una tarjeta de memoria, una memoria u Sb , CD-ROM, DVD o en forma de un archivo descargable desde un servidor en una red. Esto se puede hacer, por ejemplo, en una red de comunicación inalámbrica transmitiendo un archivo correspondiente con el producto del programa informático o los medios del programa informático.
Además, se propone un dispositivo para operar un sistema técnico con un número de componentes que pueden ser controlados mediante variables de control durante un período de control que comprende una pluralidad de períodos de optimización. El dispositivo comprende una primera unidad y una segunda unidad. La primera unidad está configurada para determinar al menos una variable de control optimizada para cada uno de los períodos de optimización para maximizar o minimizar una función diana del sistema de modo que al menos una variable del sistema cumpla un número de condiciones secundarias predeterminadas, relacionadas con el período de control, en el que la determinación comprende establecer una función de evaluación para cada una de las condiciones secundarias para evaluar un cambio en la variable del sistema al final del período de optimización basándose en un valor actual de la variable del sistema al comienzo del período de optimización, un gradiente máximo alcanzable de la variable del sistema relacionado con la condición secundaria durante el período de control y un gradiente mínimo alcanzable de la variable del sistema relacionado con la condición secundaria durante el período de control, y aplicar un algoritmo de optimización para minimizar o maximizar la función diana usando las funciones de evaluación establecidas, en el que la al menos una variable del sistema se determina como la respuesta del sistema a la al menos una variable de control optimizada de los componentes controlables. La segunda unidad está configurada para ajustar la al menos una variable de control optimizada determinada para operar los componentes controlables.
La unidad respectiva, por ejemplo la primera unidad, se puede implementar en hardware y/o también en software. En una implementación de hardware, la unidad respectiva puede diseñarse como un dispositivo o como parte de un dispositivo, por ejemplo, como una computadora o como un microprocesador o como ordenador de control para un vehículo. En una implementación de software, la unidad respectiva puede diseñarse como un producto de programa informático, como una función, como una rutina, como parte de un código de programa o como un objeto ejecutable.
Los modos de realización y características descritos para el procedimiento propuesto se aplican correspondientemente al dispositivo propuesto.
Otras posibles implementaciones de la invención también incluyen combinaciones, que no se han mencionado explícitamente, de características o formas de realización descritas anteriormente o a continuación en relación a los ejemplos de realización. A este respecto, el experto en la materia también añadirá aspectos individuales como mejoras o adiciones a la forma básica respectiva de la invención.
Otras configuraciones y aspectos ventajosos de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes y de los ejemplos de realización de la invención descritos a continuación. Además, se explica la invención más en detalle mediante formas de realización preferentes en referencia a las figuras adjuntas.
La figura 1 muestra un diagrama de flujo esquemático de un primer ejemplo de modo de realización de un procedimiento para operar un sistema técnico;
La figura 2 muestra un diagrama para ilustrar un problema de valor mínimo para el parámetro del sistema durante el período de control;
La figura 3 muestra un diagrama para ilustrar un problema de valor máximo para el parámetro del sistema durante el período de control;
La figura 4 muestra un diagrama para ilustrar posibles valores del cambio en el parámetro del sistema durante un período de optimización dentro del período de control;
La figura 5 muestra un diagrama para ilustrar las evoluciones temporales del parámetro del sistema, el gradiente máximo alcanzable del parámetro del sistema y el gradiente mínimo alcanzable del parámetro del sistema durante el período de control;
La figura 6 muestra un diagrama para ilustrar una función de evaluación para la condición secundaria del gradiente mínimo alcanzable del parámetro del sistema;
La figura 7 muestra un diagrama de flujo esquemático de un segundo ejemplo de modo de realización de un procedimiento para operar un sistema técnico; y
La figura 8 muestra un diagrama de bloques esquemático de un dispositivo para operar un sistema técnico.
En las figuras están previstos los mismos elementos o con la misma función con las mismas referencias, en tanto no se indique otra cosa.
En las siguientes figuras, la invención se describe a veces usando el ejemplo de una red de agua como un sistema técnico con bombas y válvulas como ejemplos de componentes controlables. La variable del sistema es, por ejemplo, un flujo de agua acumulado durante un período de control en un punto específico de la red de agua, por ejemplo, en una bomba. Esta bomba se activa por medio de una variable de control.
En la figura 1 se muestra un diagrama de flujo esquemático de un primer ejemplo de modo de realización de un procedimiento para operar un sistema técnico 1 con un número de componentes 21-25 controlables por medio de variables de control (véase la figura 8) durante un período de control Ts que comprende una pluralidad de períodos de optimización Topt.
Como ya se indicó anteriormente, el sistema técnico 1 es, por ejemplo, una red de agua y los componentes controlables comprenden, por ejemplo, válvulas y/o bombas. La variable del sistema V(t) describe, por ejemplo, un valor del flujo de agua acumulado durante el período de control Ts en un punto específico de la red de agua.
A este respecto, la figura 2 muestra un diagrama para ilustrar un problema de valor mínimo Vmín para la variable del sistema V(t) del flujo de agua acumulado durante el período de control Ts . El problema de valor mínimo describe que el flujo de agua acumulado V(t) al final del período de control Ts debe ser al menos el valor Vmín.
De manera análoga, la figura 3 muestra un diagrama para ilustrar un problema de valor máximo Vmáx para la variable del sistema V(t) durante el período de control Ts . La condición secundaria Vmáx describe que el flujo de agua acumulado V(t) al final del período de control Ts no puede exceder el valor de Vmáx.
En resumen, el valor de V(t = Ts ) al final del período de control Ts es, preferentemente, mayor o igual que Vmín y menor o igual que Vmáx. Además, las figuras 2 y 3 muestran un período de optimización actual Topt, que es significativamente menor que el período de control Ts . Por ejemplo, el período de optimización Topt es de 24 horas, mientras que el período de control Ts es de 30 días.
El primer ejemplo de modo de realización del procedimiento de la figura 1 tiene las etapas 110 y 120 del procedimiento.
En la etapa 110, se determina un conjunto de variables de control optimizadas para el período de optimización respectivo Topt para lograr una minimización o maximización de la función diana del sistema 1 de modo que la variable del sistema V(t) cumpla las dos condiciones secundarias Vmín, Vmáx. La función diana de una red de agua como sistema 1 es, por ejemplo, el consumo mínimo de energía de la red de agua 1. sin restringir la generalidad, en este ejemplo solo se analizan dos condiciones secundarias, a saber, Vmín y Vmáx. En aras de la claridad, la siguiente explicación se reduce a la condición secundaria Vmín. El procedimiento se lleva a cabo de forma análoga para la condición secundaria Vmáx.
La etapa 110 incluye la etapa 111 para cada una de las condiciones secundarias Vmín, Vmáx y la etapa 112. La etapa 111 se lleva a cabo una vez al comienzo del período de control Ts . La etapa 112 se lleva a cabo para cada período de optimización Topt dentro del período de control Ts con todas las condiciones secundarias Vmín, Vmáx.
Como ya se indicó anteriormente, la etapa 111 solo se explica para la condición secundaria Vmín:
En la etapa 111, se establece una función de evaluación X(AV) para la condición secundaria Vmín para evaluar un cambio AV en la variable del sistema V(t) al final del período de optimización respectivo Topt basándose en un valor actual V0 de la variable del sistema V(t) al comienzo fe del período de optimización Topt, un gradiente V i (t) máximo alcanzable (véase la figura 5) de la variable del sistema V(t) relacionado con la condición secundaria Vmín durante el período de control y un gradiente mínimo alcanzable V2(t) relacionado con la condición secundaria Vmín durante el período de control Ts (véase la figura 5) de la variable del sistema V(t).
La etapa 111 de la figura 1 puede comprender que, antes del establecimiento de la función de evaluación X(AV) se excluyen tales cambios de la variable del sistema V(t), que requieren un valor de la variable del sistema V(t) determinado en función del gradiente máximo alcanzable V1 (t) durante el período de control Ts de la variable del sistema V(t) y en función del gradiente mínimo alcanzable V2(t) durante el período de control Ts de la variable del sistema V(t), que no cumple la condición secundaria a largo plazo.
A este respecto, la figura 4 muestra un diagrama para ilustrar los posibles valores del cambio AV en la variable del sistema V(t) después de un período de optimización Topt. La línea 401 de la figura 4 ilustra que la función de evaluación X(AV) solo existe en esta línea 401. El intervalo de valores de la función de evaluación X(AV) está entre 0 y 1.
Además, a este respecto, la figura 5 muestra un diagrama para ilustrar las evoluciones temporales de la variable del sistema V(t), el gradiente máximo alcanzable V 1 (t) de la variable del sistema V(t) y el gradiente mínimo alcanzable V2(t) de la variable del sistema V(t) durante el período de control Ts . Los dos gradientes V1 (t) y V2(t) están relacionados con la condición secundaria Vmín analizada en el presente documento.
Si en un instante durante el período de control Ts el valor de función de la variable del sistema V(t) es mayor que V2(t) (véase el área A en la figura 5), se garantiza que la condición secundaria Vmín siempre se cumple y ya no puede romperse. Sin embargo, si el valor de función de la variable del sistema V(t) en un instante durante el período de control Ts es menor que V1 (t), la condición secundaria Vmín ya no se puede cumplir (véase el área B en la figura 5).
Por estas razones, la función de evaluación X(AV) se establece, preferentemente, de la siguiente manera:
La función de evaluación X(AV) está establecida de tal manera que su valor de función es igual a 0 si, basándose en el gradiente máximo alcanzable V1 (t) de la variable del sistema V(t) y basándose en el gradiente mínimo alcanzable V2(t) de la variable del sistema V(t), se asegura que la condición secundaria Vmín se cumpla desde el instante actual fe hasta el final del período de control Ts (véase el área A en la figura 5).
Además, la función de evaluación X(AV) está establecida de tal manera que su valor de función es mayor que 0 y menor o igual que 1 si, basándose en el gradiente máximo alcanzable V1 (t) de la variable de sistema V(t) y basándose en el gradiente mínimo alcanzable V2(t) de la variable del sistema V(t), se asegura que la condición secundaria Vmín aún se pueda cumplir desde el instante actual fe hasta el final del período de control Ts (véase el área C en la figura 5). En otras palabras, la condición secundaria todavía se puede cumplir aquí, pero también se puede romper.
Además, la función de evaluación X(AV) está establecida de tal manera que su valor de función sería 1 si, basándose en el gradiente máximo alcanzable V1 (t) de la variable del sistema V(t) y basándose en el gradiente mínimo alcanzable V2(t) de la variable del sistema V(t), se asegura que la condición secundaria Vmín no puede cumplirse desde el instante actual fe (al comienzo del período de optimización Topt) hasta el final del período de control Ts (véase el área B en la figura 5).
En consecuencia, la función de evaluación X(AV) para el problema de valor mínimo se puede establecer mediante
Figure imgf000007_0001
en la que V es la variable del sistema, AV es el cambio en la variable del sistema, fe es el instante actual, Topt es el período de optimización, V0 es un valor actual de la variable del sistema, V1 es un gradiente máximo alcanzable de la variable del sistema durante el período de control y V2 es un gradiente mínimo alcanzable de la variable del sistema durante el período de control.
Además de la introducción de la función de evaluación X(AV), se añaden las siguientes condiciones límite estrictas:
Figure imgf000007_0002
En la figura 6 se muestra una representación gráfica de esta función de evaluación X(AV).
En la etapa 111, se aplica un algoritmo de optimización para minimizar o maximizar la función diana usando las funciones de evaluación establecidas, en la que la al menos una variable del sistema V(t) se determina como la respuesta del sistema a la al menos una variable de control optimizada.
En la etapa 120, se ajusta la al menos una variable de control optimizada determinada para operar los componentes controlables 21-25.
En la figura 7 se muestra un diagrama de flujo esquemático de un segundo ejemplo de modo de realización de un procedimiento para operar un sistema técnico 1 con un número de componentes 21-25 controlables por medio de variables de control durante un período de control Ts que comprende una pluralidad de períodos de optimización Topt.
El procedimiento de la figura 7 comprende las etapas 110 y 120 (análogas a la figura 1), con lo que la etapa 110 comprende la etapa 111 y la etapa 112 con las subetapas 112a, 112b y 112c.
En la etapa 110, se determina un conjunto de variables de control optimizadas para el período de optimización respectivo Topt para una minimización o maximización de la función diana del sistema 1 de modo que la variable del sistema V(t) cumpla las dos condiciones secundarias Vm ín, Vmáx. La función diana de una red de agua como sistema 1 es, por ejemplo, el consumo mínimo de energía de la red de agua 1.
En la etapa 111, se establece una función de evaluación X(AV) para la condición secundaria Vmín para evaluar un cambio AV en la variable del sistema V(t) al final del período de optimización respectivo Topt basándose en un valor actual V0 de la variable del sistema V(t) al comienzo fe del período de optimización Topt, un gradiente V1 (t) máximo alcanzable (véase la figura 5) de la variable del sistema V(t) relacionado con la condición secundaria Vmín durante el período de control y un gradiente mínimo alcanzable V2(t) relacionado con la condición secundaria Vmín durante el período de control TS (véase la figura 5) de la variable del sistema V(t).
Como se indicó anteriormente, la etapa 112 incluye las subetapas 112a, 112b y 112c:
En la etapa 112a, se establece una función de penalización con la función de evaluación establecida X(AV) como argumento.
En la etapa 112b, la función diana se amplía por la función de penalización establecida. En particular, la función de penalización se añade a la función diana como un sumando. Las etapas 112a y 112b se llevan a cabo para cada función de evaluación X(AV) y, por tanto, para cada condición secundaria a largo plazo.
En la etapa 112c, el algoritmo de optimización se aplica a la función diana ampliada.
La figura 8 muestra un diagrama de bloques esquemático de un dispositivo 10 para operar un sistema técnico 1 con un número de componentes 21 - 25 controlables por medio de variables de control durante un período de tiempo de control Ts que comprende una pluralidad de períodos de optimización Topt. El sistema técnico 1 es, por ejemplo, una red de agua. Los componentes controlables 21 - 25 comprenden bombas o válvulas, por ejemplo. Además, la red de agua 1 también puede comprender componentes no controlables tales como tuberías o similares. Sin restringir la generalidad, el sistema 1 de la figura 8 muestra cinco componentes controlables 21 - 25. A cada uno de los componentes controlables 21 - 25 se le asigna en particular una o más variables de control.
El dispositivo 10 comprende una primera unidad 11 y una segunda unidad 12. La primera unidad 11 está configurada para determinar al menos una variable de control para cada uno de los períodos de optimización Topt para maximizar o minimizar una función diana del sistema 1 de modo que al menos una variable del sistema V(t) cumpla un número de condiciones secundarias predeterminadas Vmín, Vmáx, relacionadas con el período de control Ts , en el que la determinación comprende establecer una función de evaluación X(AV) para cada una de las condiciones secundarias Vmín, Vmáx para evaluar un cambio en la variable del sistema V(t) al final del período de optimización Topt basándose en un valor actual V0 de la variable del sistema V(t) al comienzo del período de optimización Topt, un gradiente máximo alcanzable V1 (t) de la variable del sistema relacionado con la condición secundaria Vmín, Vmáx durante el período de control Ts y un gradiente mínimo alcanzable V2(t) de la variable del sistema relacionado con la condición secundaria Vmín, Vmáx durante el período de control, y aplicar un algoritmo de optimización para minimizar o maximizar la función diana usando las funciones de evaluación establecidas X(AV), en el que la al menos una variable del sistema V(t) se determina como la respuesta del sistema a la al menos una variable de control optimizada de los componentes controlables.
La segunda unidad 12 está configurada para ajustar la al menos una variable de control optimizada determinada para operar los componentes controlables.
Aunque la presente invención se ha descrito usando ejemplos de realización, puede modificarse de muchas maneras.

Claims (15)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Procedimiento para operar un sistema técnico (1) con un número de componentes (21 - 25) controlables por medio de variables de control durante un período de control (Ts ) que comprende una pluralidad de períodos de optimización (Topt), con:
    a) determinación (110) de al menos una variable de control optimizada para cada uno de los períodos de optimización (Topt) para minimizar o maximizar una función diana del sistema (1) de modo que al menos una variable del sistema (V(t)) cumpla un número de condiciones secundarias predeterminadas (Vm ín, Vmáx), relacionadas con el período de control (Topt), en el que la determinación comprende:
    - establecer (111) una función de evaluación (X(AV)) para cada una de las condiciones secundarias (Vmín, Vmáx) para evaluar un cambio (AV) en la variable del sistema (V(t)) al final del período de optimización (Topt) basándose en un valor actual (V0 ) de la variable del sistema (V(t)) al comienzo (t0 ) del período de optimización (Topt), un gradiente máximo alcanzable (V1 (t)) de la variable del sistema (V(t)) relacionado con la condición secundaria (Vmín, Vmáx) durante el período de control (Ts ) y un gradiente mínimo alcanzable (V2(t)) de la variable del sistema (V(t)) relacionado con la condición secundaria (Vmín, Vmáx) durante el período de control (Ts ), y
    - aplicar (112) un algoritmo de optimización para minimizar o maximizar la función diana usando las funciones de evaluación establecidas (X(AV)), en el que la al menos una variable del sistema V(t) se determina como la respuesta del sistema a la al menos una variable de control optimizada de los componentes controlables (21-25), y
    b) ajustar (120) la al menos una variable de control optimizada determinada para operar los componentes controlables (21-25).
  2. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1,
    caracterizado por
    establecer (112a) una función de penalización con la función de evaluación establecida (X(AV)) como argumento,
    ampliar (112b) la función diana por la función de penalización establecida, y
    aplicar (112c) el algoritmo de optimización a la función diana ampliada.
  3. 3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2,
    caracterizado por
    que el intervalo de valores de la función de evaluación (X(AV)) se encuentra entre 0 y 1.
  4. 4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 3,
    caracterizado por
    que la función de evaluación (X(AV)) está establecida de tal manera que su valor de función es igual a 0 si, basándose en el gradiente máximo alcanzable (V1 (t)) de la variable del sistema (V(t)) y basándose en el gradiente mínimo alcanzable (V2(t)) de la variable del sistema (V(t)), se asegura que la condición secundaria (Vmín) se cumpla desde un instante actual (fe) hasta el final del período de control (Ts ).
  5. 5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 4,
    caracterizado por
    que la función de evaluación (X(AV)) está establecida de tal manera que su valor de función es mayor que 0 y menor o igual que 1 si, basándose en el gradiente máximo alcanzable (V1 (t)) de la variable del sistema (V(t)) y basándose en el gradiente mínimo alcanzable (V2(t)) de la variable del sistema (V(t)), se asegura que la condición secundaria (Vmín) aún se pueda cumplir desde el instante actual (fe) hasta el final del período de control (Ts ).
  6. 6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 5,
    caracterizado por
    que la función de evaluación (X(AV)) está establecida de tal manera que su valor de función es igual a 1 si, basándose en el gradiente máximo alcanzable (V1 (t)) de la variable del sistema (V(t)) y basándose en el gradiente mínimo alcanzable (V2(t)) de la variable del sistema (V(t)), se asegura que la condición secundaria (Vmín) no se puede cumplir desde un instante actual (fe) hasta el final del período de control ( T s ).
  7. 7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 6,
    caracterizado por
    que la función de evaluación (X(AV)) para el problema de valor mínimo se establece mediante
    Figure imgf000010_0001
    en la que V es la variable del sistema, AV es el cambio en la variable del sistema, fe es el instante actual, Topt es el período de optimización, V0 es un valor actual de la variable del sistema, V1 es un gradiente máximo alcanzable de la variable del sistema durante el período de control y V2 es un gradiente mínimo alcanzable de la variable del sistema durante el período de control.
  8. 8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7,
    caracterizado por
    que además de la introducción de la función de evaluación (X (AV)), se añade una condición límite estricta, que es:
    Al/ > l/^to + Topt) - V 0
  9. 9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 8,
    caracterizado por
    que la variable del sistema (V(t)) describe un valor acumulado durante el período de control (Ts ).
  10. 10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 9,
    caracterizado por
    que la función de evaluación (X(AV)) está configurada para evaluar la condición secundaria (Vmín, Vmáx) en función del cambio (AV) en la variable del sistema acumulada (V(t)) en el período de optimización (Topt).
  11. 11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 10,
    caracterizado por
    que antes del establecimiento de la función de evaluación (X(AV)) se excluyen tales cambios de la variable del sistema (V(t)), que requieren un valor de la variable del sistema (V(t)) determinado en función del gradiente máximo alcanzable (V1 (t)) durante el período de control (Ts ) de la variable del sistema (V(t)) y en función del gradiente mínimo alcanzable (V2(t)) durante el período de control (Ts ) de la variable del sistema (V(t)), que no cumple la condición secundaria (Vmín, Vmáx).
  12. 12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 11,
    caracterizado por
    que el sistema técnico (1) es una instalación similar a una red, una red de suministro de energía o una red de agua.
  13. 13. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 12,
    caracterizado por
    que el número de componentes controlables (21-25) comprende una válvula y/o una bomba o que el número de componentes controlables comprende un convertidor, un transformador, una central eléctrica y/o una subestación transformadora.
  14. 14. Producto de programa informático, que provoca la ejecución del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 13 en un dispositivo controlado por programa.
  15. 15. Dispositivo (10) para operar un sistema técnico (1) con un número de componentes (21 - 25) controlables por medio de variables de control durante un período de control (Ts) que comprende una pluralidad de períodos de optimización (Topt), con:
    a) una primera unidad (11) para determinar al menos una variable de control para cada uno de los períodos de optimización (Topt) para maximizar o minimizar una función diana del sistema (1) de modo que al menos una variable del sistema (V(t)) cumpla un número de condiciones secundarias predeterminadas (Vm ín, Vmáx), relacionadas con el período de control (TS ), en el que la determinación comprende establecer una función de evaluación X(AV) para cada una de las condiciones secundarias (Vm ín, Vmáx) para evaluar un cambio en la variable del sistema (V(t)) al final del período de optimización (Topt) basándose en un valor actual (V0 ) de la variable del sistema (V(t)) al comienzo del período de optimización (Topt), un gradiente máximo alcanzable (V1(t)) de la variable del sistema (V(t)) relacionado con la condición secundaria (Vm ín, Vmáx) durante el período de control (TS ) y un gradiente mínimo alcanzable V2(t) de la variable del sistema relacionado con la condición secundaria (Vm ín, Vmáx) durante el período de control (TS ), y aplicar un algoritmo de optimización para minimizar o maximizar la función diana usando las funciones de evaluación establecidas (X(AV)), en el que la al menos una variable del sistema V(t) se determina como la respuesta del sistema a la al menos una variable de control optimizada de los componentes controlables, y
    b) una segunda unidad (12) para ajustar la al menos una variable de control optimizada determinada (V(t)) para operar los componentes controlables (21-25).
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