專利名稱：冷熱電三聯(lián)供能源供應(yīng)系統(tǒng)的集中優(yōu)化控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于樓宇型或區(qū)域型建筑供冷、供熱和供電三種能源聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)中央控制系統(tǒng)的集中優(yōu)化控制方法。
背景技術(shù)：
冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)包含發(fā)電機(jī)組、余熱利用設(shè)備、制冷、制熱、蓄能等多種設(shè)備。與本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術(shù)，參見圖1，目前普遍應(yīng)用的集散型(DCS)控制系統(tǒng)，原理上可以將控制系統(tǒng)分成幾個(gè)級(jí)別，如管理級(jí)、控制級(jí)、執(zhí)行級(jí)。管理級(jí)是最高級(jí)，主要用于發(fā)布決策性指令，對(duì)三聯(lián)供系統(tǒng)就是實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷的變化，指定各個(gè)設(shè)備應(yīng)發(fā)出多少功率，管理級(jí)在中央控制室中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成?？刂萍?jí)可認(rèn)為是各設(shè)備本身帶有的控制器，實(shí)行獨(dú)立設(shè)備的控制，如發(fā)電機(jī)、制冷機(jī)等的控制柜或控制盤，它一方面接受管理級(jí)的指令，控制設(shè)備本身的運(yùn)行，也可向管理級(jí)反饋執(zhí)行情況和修正的信號(hào)。執(zhí)行級(jí)一般由各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋信號(hào)儀表組成，直接使設(shè)備及其輔機(jī)產(chǎn)生動(dòng)作達(dá)到預(yù)定的運(yùn)行參數(shù)。當(dāng)前，已有的三聯(lián)供系統(tǒng)作為最高層的控制管理級(jí)實(shí)際上還不是對(duì)系統(tǒng)全部設(shè)備實(shí)行一體化最優(yōu)控制，只是對(duì)其中的部分設(shè)備，如作為余熱利用的后端設(shè)備如空調(diào)裝置和供熱裝置的優(yōu)化控制，并未包括作為系統(tǒng)主體的發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組的一體化最優(yōu)控制，因而還不是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的最優(yōu)化控制模型。
本發(fā)明的目的正在于克服這種缺點(diǎn)，建立起發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)-余熱利用設(shè)備和其他后端設(shè)備一體化的、完整的最優(yōu)控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮控制管理級(jí)(中央控制室)的運(yùn)行決策作用，最終達(dá)到三聯(lián)供系統(tǒng)的最經(jīng)濟(jì)與節(jié)能運(yùn)行。
該方案的關(guān)鍵在于運(yùn)行中建立各種設(shè)備之間合理的匹配關(guān)系。即在冷熱電負(fù)荷實(shí)時(shí)變化的條件下，各設(shè)備能跟蹤負(fù)荷的變化，每個(gè)設(shè)備應(yīng)該分別輸出多少功率，既滿足了冷熱電負(fù)荷的要求，又需要最少的燃料總消耗量和最低的能源費(fèi)用，這是三聯(lián)供控制系統(tǒng)的中央控制室應(yīng)該發(fā)出的決策指令。本發(fā)明就是為系統(tǒng)的中央控制室發(fā)出決策性指令而建立的最優(yōu)化控制方法，是解決三聯(lián)供自控系統(tǒng)中的一個(gè)最核心的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種冷熱電三聯(lián)供能源供應(yīng)系統(tǒng)的集中優(yōu)化控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷熱電三聯(lián)供能源系統(tǒng)的集中優(yōu)化控制，使其運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)節(jié)能的最優(yōu)化自動(dòng)控制狀態(tài)。
為此目的，本發(fā)明提供的冷熱電三聯(lián)供能源供應(yīng)系統(tǒng)的集中優(yōu)化控制方法包括以下步驟A、終端設(shè)備控制單元的多個(gè)存儲(chǔ)器，分別存儲(chǔ)終端設(shè)備的不同設(shè)備數(shù)據(jù)信息；B、設(shè)備接口單元建立接口程序通用通道，連通終端設(shè)備控制單元和中央控制單元，將終端設(shè)備控制單元存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)的相關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)信息，與中央控制單元實(shí)時(shí)通訊，傳送設(shè)備數(shù)據(jù)信息和輸出控制信號(hào)；C、中央控制單元，依據(jù)所述設(shè)備數(shù)據(jù)信息和約束條件判別選擇器的選擇結(jié)果，通過運(yùn)行自身建立的不同優(yōu)化數(shù)學(xué)模型函數(shù)器，并依據(jù)該運(yùn)行結(jié)果輸出控制信號(hào)，經(jīng)由設(shè)備接口單元傳送給終端設(shè)備控制單元；D、終端設(shè)備控制單元根據(jù)中央控制單元的指令信號(hào)，控制終端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)或調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。
上述設(shè)備數(shù)據(jù)信息包括設(shè)備編號(hào)數(shù)據(jù)信息、設(shè)備類型數(shù)據(jù)信息、設(shè)備數(shù)量數(shù)據(jù)信息、額定參數(shù)數(shù)據(jù)信息以及運(yùn)行價(jià)格參數(shù)數(shù)據(jù)信息。
上述約束條件判別選擇器包括以熱定電運(yùn)行識(shí)別信息、以電定熱運(yùn)行識(shí)別信息、設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行識(shí)別信息和并網(wǎng)運(yùn)行識(shí)別信息以及電和燃?xì)鈨r(jià)格識(shí)別信息。
上述優(yōu)化數(shù)學(xué)模型函數(shù)器可以運(yùn)行費(fèi)用優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和能耗優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。
上述終端設(shè)備包括發(fā)電機(jī)組和余熱利用設(shè)備以及冷供熱供輔助設(shè)備。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的冷熱電三聯(lián)供能源供應(yīng)系統(tǒng)的集中優(yōu)化控制方法，通過設(shè)備接口單元建立接口通道，把終端設(shè)備的數(shù)據(jù)信息傳給中央控制單元，利用優(yōu)化模型函數(shù)器，求解優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，中央控制單元根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的運(yùn)算結(jié)果集中控制終端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、節(jié)能自動(dòng)控制運(yùn)行的目的。
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)行一步的詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明現(xiàn)有三聯(lián)供控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明三聯(lián)供系統(tǒng)控制方法的示意圖。
圖3是本發(fā)明冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)集中優(yōu)化控制方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖3所示，本發(fā)明提供的冷熱電三聯(lián)供能源供應(yīng)系統(tǒng)的集中優(yōu)化控制方法，包括以下步驟終端設(shè)備選型，步驟11，包括發(fā)電機(jī)組和余熱利用設(shè)備以及冷供熱供輔助設(shè)備。同時(shí)終端設(shè)備控制單元的多個(gè)存儲(chǔ)器，分別存儲(chǔ)終端設(shè)備的不同設(shè)備數(shù)據(jù)信息，包括設(shè)備編號(hào)數(shù)據(jù)信息、設(shè)備類型數(shù)據(jù)信息、設(shè)備數(shù)量數(shù)據(jù)信息、額定參數(shù)數(shù)據(jù)信息以及運(yùn)行價(jià)格參數(shù)數(shù)據(jù)信息。
給定系統(tǒng)運(yùn)行各種約束條件，步驟12、13，將約束條件輸入約束條件判別選擇器，包括以熱定電運(yùn)行識(shí)別信息、以電定熱運(yùn)行識(shí)別信息、設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行識(shí)別信息和并網(wǎng)運(yùn)行識(shí)別信息以及電和燃?xì)鈨r(jià)格識(shí)別信息等。
設(shè)備接口單元建立接口程序通用通道，編制最優(yōu)數(shù)學(xué)模型的計(jì)算子程序，步驟14，連通終端設(shè)備控制單元和中央控制單元，步驟16，將終端設(shè)備控制單元存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)的相關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)信息，與中央控制單元實(shí)時(shí)通訊，傳送設(shè)備數(shù)據(jù)信息和輸出控制信號(hào)；中央控制單元，建立的不同優(yōu)化數(shù)學(xué)模型函數(shù)器，步驟15，包括價(jià)格優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和能耗優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。依據(jù)所述設(shè)備數(shù)據(jù)信息和約束條件判別選擇器的選擇結(jié)果，通過運(yùn)行優(yōu)化數(shù)學(xué)模型函數(shù)器，(步驟17)并依據(jù)該運(yùn)行結(jié)果輸出控制信號(hào)，經(jīng)由設(shè)備接口單元傳送給終端設(shè)備控制單元；終端設(shè)備控制單元根據(jù)中央控制單元的指令信號(hào)，控制終端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)或調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，步驟18。
為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，請(qǐng)參見圖2，圖2是發(fā)明三聯(lián)供控制系統(tǒng)控制方法的模型示意圖。本發(fā)明方法近似采用了獨(dú)特的“地球-衛(wèi)星-地面站結(jié)構(gòu)”，各模塊的功能解釋如下。
地球放置本發(fā)明采用的最優(yōu)化數(shù)學(xué)規(guī)劃和求解模型，它是程序的基本模塊并具有充分的通用性，可以解決各種三聯(lián)供自控系統(tǒng)最高管理層所需要的最優(yōu)化決策問題。
衛(wèi)星放置各個(gè)既定的三聯(lián)供工程項(xiàng)目及其給定的設(shè)計(jì)及運(yùn)行條件，如需要滿足的冷熱電負(fù)荷、設(shè)備的類型、設(shè)備臺(tái)數(shù)、設(shè)備額定功率和變工況性能曲線、燃料價(jià)格、峰谷電價(jià)、設(shè)備折舊費(fèi)等。
地面站針對(duì)每個(gè)工程項(xiàng)目和規(guī)定的設(shè)計(jì)與運(yùn)行條件，設(shè)計(jì)一個(gè)子程序把需要求解的工程問題(衛(wèi)星)和基本模塊(地球)連接起來，形成一個(gè)完整的最優(yōu)化模型和可執(zhí)行的目標(biāo)計(jì)算程序。每個(gè)具體的工程問題的特點(diǎn)包括三聯(lián)供系統(tǒng)中包括哪些設(shè)備，臺(tái)數(shù)，運(yùn)行中滿足何種條件(如以熱定電或以電定熱等)，各設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)限制范圍，效率性能曲線等，寫出數(shù)學(xué)表達(dá)式并編制成子程序，這就是最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。因?yàn)橹灰獙⑦@個(gè)子程序和上述“地球”中的核心算法主程序相連接，計(jì)算機(jī)就可以求解出目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，即系統(tǒng)運(yùn)行的最低總價(jià)格。最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型求優(yōu)化變量X＝(X1，X2，.....Xn)T(Xi代表每個(gè)獨(dú)立設(shè)備)使目標(biāo)函數(shù)f(X)＝f(X1，X2，.......，Xn)取得最小值，并滿足如下約束條件 gk(X)＝gk(X1，X2，...Xn)≥0，k＝1，2，.....，pai≤Xi≤bi， I＝1，2，......，n...
本數(shù)學(xué)模型特點(diǎn)是一種多變量(X1，X2，---Xn)的優(yōu)化模型，在三聯(lián)供工程中每個(gè)變量可以表示任意一個(gè)特定的設(shè)備。在其它應(yīng)用中可代表每個(gè)獨(dú)立的自變量；是一種廣義的目標(biāo)函數(shù)，在三聯(lián)供工程中可以代表最小的運(yùn)行費(fèi)用，也可代表最小的能耗；在其它類型工程中可以代表需要極小化的目標(biāo)；是一種可以求解線性或非線性的最優(yōu)化問題，如可將設(shè)備非線性的性能曲線和參數(shù)表達(dá)式嵌入計(jì)算模型，求解三聯(lián)供系統(tǒng)額定工況和變工況下的全部最優(yōu)化問題，使三聯(lián)供系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明的意義還在于它不僅應(yīng)用于三聯(lián)供工程，同時(shí)適用于包括各種再生能源和新能源利用的分布能源工程、“能源公園”工程，以及當(dāng)前國際上正在發(fā)展的“微電網(wǎng)”技術(shù)。
優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)包括最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、最節(jié)能運(yùn)行；約束條件包括以熱定電、以電定熱、孤島運(yùn)行、并網(wǎng)運(yùn)行等方式。本模型實(shí)時(shí)跟蹤冷熱電負(fù)荷變化可以快速(2-3秒)更新逐年、逐月、逐時(shí)的運(yùn)行策略、發(fā)出指令、實(shí)現(xiàn)三聯(lián)供系統(tǒng)最優(yōu)化運(yùn)行。
由于本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)而不是部分設(shè)備的最優(yōu)化運(yùn)行，可以給三聯(lián)供工程帶來更顯著的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效果。應(yīng)用本發(fā)明的方法控制系統(tǒng)的運(yùn)行將得到顯著不同的運(yùn)行費(fèi)用，在優(yōu)化計(jì)算的起點(diǎn)(迭代次數(shù)為零時(shí))系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用是5000元/小時(shí)，計(jì)算經(jīng)過300次迭代收斂后的系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用降到了3000元小時(shí)，節(jié)約2/5的運(yùn)行費(fèi)。
基于本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思，三聯(lián)供能源供應(yīng)系統(tǒng)的集中優(yōu)化控制方案在發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種冷熱電三聯(lián)供能源供應(yīng)系統(tǒng)的集中優(yōu)化控制方法，其特征在于該方法包括以下步驟A、終端設(shè)備控制單元的多個(gè)存儲(chǔ)器，分別存儲(chǔ)終端設(shè)備的不同設(shè)備數(shù)據(jù)信息；B、設(shè)備接口單元建立接口程序通用通道，連通終端設(shè)備控制單元和中央控制單元，將終端設(shè)備控制單元存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)的相關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)信息，與中央控制單元實(shí)時(shí)通訊，傳送設(shè)備數(shù)據(jù)信息和輸出控制信號(hào)；C、中央控制單元，依據(jù)所述設(shè)備數(shù)據(jù)信息和約束條件判別選擇器的選擇結(jié)果，通過運(yùn)行自身建立的不同優(yōu)化數(shù)學(xué)模型函數(shù)器，并依據(jù)該運(yùn)行結(jié)果輸出控制信號(hào)，經(jīng)由設(shè)備接口單元傳送給終端設(shè)備控制單元；D、終端設(shè)備控制單元根據(jù)中央控制單元的指令信號(hào)，控制終端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)或調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中優(yōu)化控制方法，其特征在于所述設(shè)備數(shù)據(jù)信息包括設(shè)備編號(hào)數(shù)據(jù)信息、設(shè)備類型數(shù)據(jù)信息、設(shè)備數(shù)量數(shù)據(jù)信息、額定參數(shù)數(shù)據(jù)信息以及運(yùn)行價(jià)格參數(shù)數(shù)據(jù)信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中優(yōu)化控制方法，其特征在于所述約束條件判別選擇器包括以熱定電運(yùn)行識(shí)別信息、以電定熱運(yùn)行識(shí)別信息、設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行識(shí)別信息和并網(wǎng)運(yùn)行識(shí)別信息以及電和燃?xì)鈨r(jià)格識(shí)別信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中優(yōu)化控制方法，其特征在于所述優(yōu)化數(shù)學(xué)模型函數(shù)器能運(yùn)行費(fèi)用優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和能耗優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中優(yōu)化控制方法，其特征在于所述終端設(shè)備包括發(fā)電機(jī)組和余熱利用設(shè)備以及冷供熱供輔助設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種冷熱電三聯(lián)供能源供應(yīng)系統(tǒng)的集中優(yōu)化控制方法，涉及樓宇型或區(qū)域型建筑供冷、供熱和供電三種能源聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法在終端設(shè)備控制單元存儲(chǔ)設(shè)備不同數(shù)據(jù)信息；通過設(shè)備接口單元建立接口程序通用通道，將設(shè)備數(shù)據(jù)信息與中央控制單元接通并實(shí)時(shí)通訊，中央控制單元依據(jù)設(shè)備數(shù)據(jù)信息和約束條件判別選擇器的選擇結(jié)果，運(yùn)行優(yōu)化數(shù)學(xué)模型函數(shù)器，并依據(jù)該運(yùn)行結(jié)果輸出控制信號(hào)，控制終端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)或調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。達(dá)到集中優(yōu)化控制三聯(lián)供系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能低成本運(yùn)行自動(dòng)控制的發(fā)明目的。
文檔編號(hào)G05B19/418GK1945472SQ20061013767
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月3日
發(fā)明者馮江華, 汪慶桓 申請(qǐng)人:馮江華