能源站群控系统配置方法
能源站群控系统配置方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及能源站控制技术领域，尤其涉及一种能源站群控系统配置方法。
【背景技术】
[0002] 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。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配置方法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。
[0003] 目前，控制器中预设的配置方法以及上位机控制软件的编制过程如下：工程师根 据现场情况实现不同设备加减机的控制逻辑，加入各种危险操作防止逻辑（例如冷冻/冷 却水流未建立，不允许发冷冻机启动命令），加入设备故障时的应对措施（例如水泵无法在 规定时间内启动，紧急启动备用水泵），采用图形化组态软件设计用户界面（在计算机屏幕 上用不同的图形表示不同的设备，用户可以形象地监控能源站的运行）。更高级的群控系统 要求工程师编制软件汇总能源站能耗、运行时间等方面的信息甚至能够采用合理的控制策 略减少运行中的能源消耗。
[0004] 一些厂商提供模块化程序，工程师根据能源站中设备的组合方式，利用这些模块 程序快速实现能源站的自动控制。此外，多数厂商提供标准的图形库，工程师可以方便地挑 选表示冷机、水泵、管道等设备的图标搭建直观形象的操作界面。
[0005] 由于能源站运行过程中可能面临各种不同的情况，群控系统的配置在很多情况下 是一项艰巨的任务。假设一个能源站只含10个设备，每个设备只考虑"开"、"关"、和"异常"3 种状态（不考虑可连续调节的运行参数例如变频水泵的转速，或者冷冻机的供水温度），那 么设计一套满足基本控制要求的自动化群控系统至少要考虑3 1(1状态组合。同样的，因为每 个能源站中设备的连接关系多种多样，出现冷机或锅炉缺水、水泵堵转等危险情况的的原 因也五花八门，要杜绝可能的危险操作，需要工程师在设计危险操作防止逻辑时事先罗列 各种可能的危险操作。除此之外，工程师还需手工完成用户界面、报表、节能策略方面的工 作。在现实情况下实现该群控系统所需的工作量远远超过项目允许投入的人力和时间。导 致大部分能源站的群控系统不能实现自动化运行的功能，造成了大量的投资和能源浪费。
[0006] 提供模块化程序的方法可以避免工程师从头开始实现能源站的自动控制，快速实 现设备的顺序控制或台数控制（这些模块通常能够完成一个局部的功能），但要求工程师 熟悉这些模块的功能，并为这些模块的配置、修改、组合付出大量劳动。控制模块没有减轻 工程师在危险操作防止、用户界面、节能策略、能效统计方面的设计和配置工作。这些设计 和配置工作中的一大部分需要考虑设备间的连接关系（例如冷冻机如何与冷却水泵相连， 又如何与冷冻水泵相连）和数据绑定（例如冷机的运行状态是从哪个存储地址获得的）。 由于传统配置方式下控制、危险操作防止、用户界面、节能策略、能效统计这五项工作独立 进行，存在大量的重复配置工作。以某台冷机的运行状态为例，工程师不仅要将该点绑定到 控制模块的输入上，还需将这个点绑定到图形界面上，甚至还要将这个点位配置到数据库 和报表中。不仅如此，工程师在配置控制功能中考虑的设备连接关系，在设计危险操作防止 逻辑时需要重新考虑，在设计图形界面过程中又需要重新描述，在能效统计和节能策略中 还需描述相同的连接关系。
[0007] 这种反复配置不仅大大增加了初次配置的负担，也为后期维护带来很大压力。如 果某个点位的物理地址或者属性发生了改变，工程师需要修改多个地方才能保持群控系统 中信息的一致性。大量的配置信息也为群控系统维护工作的交接带来了沉重负担。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的技术问题是：针对现有技术中的配置能源站群控系统所需的工作 量远远超过项目允许投入的人力和时间，导致大部分能源站的群控系统不能实现自动化运 行的功能，造成了大量的投资和能源浪费的不足，本发明提供了一种能源站群控系统配置 方法首先为能源站设计了一个能源站数据模型，按照统一的约定描述能源站的各个设备的 各项信息，提供用户界面生成模块、优化控制模块、危险操作防止模块和统计报表模块，自 动实现能源站设备的优化（节能）控制、危险操作防止、操作界面生成和数据统计（能效审 计等）。
[0009] 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配置方法，包 括以下步骤：
[0010]S1、建立能源站数据模型，所述能源站数据模型包括设备清单、设备连接关系、不 同设备间的运行约束以及所述设备清单中各个单体设备的设备类型、设备属性、设备运行 要求和设备运行参数；
[0011]S2、建立设备邻接关系矩阵，所述设备邻接关系矩阵根据所述设备连接关系建 立；
[0012] S3、建立用户界面生成模块，所述用户界面生成模块根据所述设备连接关系将代 表不同设备的图标显示在用户界面上，并用代表管道的图形将设备图标连接起来，所述用 户界面生成模块自动将所述设备属性、设备运行要求和设备运行参数与对应设备的图标绑 定，用户通过点击代表某个设备的图标获得对应设备的信息或者向对应设备发出控制指 令；
[0013]S4、建立优化控制模块，所述优化控制模块将能源站的当前运行状态作为初始状 态，将设备连接关系、各台设备的设备运行要求和不同设备间的运行约束作为约束条件，将 能源站的能耗最小化作为优化目标来获得能源站未来一个时间段内的运行计划，所述运行 计划包含了未来一段时间内，在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 指令；
[0014]S5、建立危险操作防止模块，所述危险操作防止模块根据所述设备邻接关系矩阵、 不同设备间的运行约束、设备运行要求和设备运行参数对即将发往能源站各个设备的控制 指令的安全性进行判断，如果判断为安全则放行，如果判断为危险则拒绝放行，并在用户界 面上给出提示；即将发往能源站各个设备的控制指令包括所述优化控制模块生产的运行计 划和操作人员输入的控制指令；
[0015]S6、建立统计报表模块，所述统计报表模块根据能源站数据模型对设备运行参数 的约定，将用户简要的统计要求转化成具体的数据检索和汇总要求，对相应数据进行检索 和汇总，并将汇总结果呈现在用户界面上。
[0016] 具体的，所述设备连接关系包括层次连接和循环分支连接。
[0017] 作为优选，所述优化控制模块建立优化目标函数J=m+k*n，其中J为优化目标值， m为能源站的各个设备未来一个时间段内的能耗成本，n为能源站未来一个时间段内供水 温度与达标温度之间的差，k为惩罚系数，所述优化控制模块通过以下步骤完成一次优化操 作来获得能源站未来一个时间段内的运行计划：
[0018]S41、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\，将初 始运行计划\放入所述休眠队列中，活跃队列为空，计算初始运行计划S^所对应的优化目 标值Jo;
[0019]S42、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；
[0020] S43、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Sp调整Si*-个或多个设备的控制指令，生成新的运行计划S/;
[0021]S44、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/的合理 性，如果合理则计算运行计划S/所对应的优化目标值J/，并且将运行计划S/放入到休眠 队列中，如果不合理则将运行计划S/放入活跃队列；
[0022] S45、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S42。
[ 0023] 具体的，所述危险操作防止模块通过以下步骤对即将发往能源站各个设备的控制 指令的安全性进行判断：
[0024]S51、模拟所述控制指令生效，利用设备邻接关系矩阵来估算能源站各水循环支路 的水流量；
[0025]S52、将估算的能源站各水循环支路的水流量与能源站各台设备设备运行要求中 允许的流量范围进行比较，如果不合格则拒绝所述控制指令并在用户界面上给出提示，如 果合格则进行下一步；
[0026] S53、模拟所述控制指令生效，计算得到能源站的各个设备的时间参数；
[0027]S54、将每台设备的所述时间参数与该设备的设备运行要求中对运行时间的要求 进行比较，如果合格便放行所述控制指令，否则拒绝所述控制指令并在用户界面上给出提 不〇
[0028]本发明的有益效果是，这种能源站群控系统配置方法将能源站群控系统的配置工 作绝大多数交给了计算机完成，避免了人为的疏忽、偏见、和错误。工程师按照本发明的要 求将代表能源站的数据模型输入计算机，计算机使用本发明提供的软件模块就可自动完成 优化控制、危险操作防止、操作界面生成、数据统计等工作。现场发生改变时只需修改数据 模型保持它与现场一致，重新将该数据模型输入计算机，计算机就可完成所有必要的修改。 能源站数据模型将现场的各种信息与要求标准化了，使得计算机软件有了足够信息进行自 动加工。避免了人工配置过程中反复使用相同的信息重复进行配置，而计算机却由于没有 足够信息帮不上忙的困境。由于极大地消除了人为影响，而让计算机担当人难以胜任的复 杂任务（设计成千上万的控制或保护逻辑），这一发明有助于提高群控系统的可用率。
【附图说明】
[0029] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0030] 图1是本发明的能源站群控系统配置方法最优实施例的系统框图。
[0031] 图2是用以举例说明本发明的能源站群控系统配置方法的工作流程的简易能源 站的结构图。
【具体实施方式】
[0032] 下面详细描述本发明的实施例，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。
[0033] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"第一"、"第二"等仅用于描述目的，而不 能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定 和限定，术语"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接， 或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介 间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具 体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，"多个"的含义是两个或两个以上。
[0034] 流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括 一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部 分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺 序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明 的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0035] 如图1所示，本发明提供了一种能源站群控系统配置方法，包括以下步骤：
[0036] S1、建立能源站数据模型，能源站数据模型包括设备清单、设备连接关系、不同设 备间的运行约束以及设备清单中各个单体设备的设备类型、设备属性、设备运行要求和设 备运行参数；其中设备类型包括空调用户、冷机、锅炉、水泵、冷却塔和地埋管等，设备运行 参数需要与设备各项参数的物理地址绑定，这样能源站群控系统可以获得各个设备的运行 状态并在需要时向它们发出控制指令，不同类型设备对应的设备属性、设备运行要求和设 备运行参数如表1所示：
[0039]
[0040] 表 1
[0041] 设备连接关系可以采用循环分支连接和层次连接两种表述形式，循环分支连接是 根据能源站各个水循环采用循环、分支和分组描述设备间的连接关系；其中循环是指一个 环路，水从一点出发经过各种设备或设备组合后又回到这一点；分支是指一段管路从一点 出发经过不同的设备或者设备组合后到达另一点（只含有单一设备的分支通常直接用设 备表示）；而分组是指管路从起点开始分成2条或2条以上的分支，这些分支又汇合到同一 终点；由于冷机包含冷却水侧和冷冻水侧，它们分属于两个独立的水循环；以图2所示的简 易能源站为例，可以表不为：
[0042] 循环1 (冷冻水循环）：冷机组（冷机1、冷机2的冷冻水侧）一冷冻泵组（冷冻泵 1、冷冻泵2)-建筑；
[0043] 循环2 (冷却水循环）：冷却塔组（冷却塔1、冷却塔2)-设备分组（含2个分支， 分支1含冷却泵1和冷机1的冷却水侧，分支2含冷却泵2和冷机2的冷却水侧）；
[0044] 采用层次连接表述设备连接关系时，将能源站划分成散热层（包含冷却塔、地埋 管等）、散热循环层（包含冷却泵）、制冷制热设备层（包含冷机、锅炉、蓄冷设备等）、冷 热输配第一层（包含冷冻水一次泵）、第一级用户层（包含建筑物或者换热器）、冷热输配 第二层（包含冷冻水二次泵）、第二级用户层（包含建筑物、建筑物中的子空间、或者换热 器）、冷热输配第三层（包含冷冻水三次泵）、第三级用户层（包含建筑物、建筑物中的子空 间、或者换热器）…用户层可以无限扩展下去。将设备分层后，还需表述它们与其它层级设 备的连接关系。为了方便表示还可将同一层的设备组合成"组"，将"组"作为一个整体表示 它与其它层级的设备或"组"的连接关系；同样，由于水冷冷机包含冷却水管和冷冻水管，它 们分属于两个独立的水循环，为明确连接关系可以将冷机划分成冷却水侧和冷冻水侧两个 部分。
[0045] 以图2为例，可以表示为：
[0046] 散热层：冷却塔1、冷却塔2 (组合成冷却塔组）
[0047] 散热循环层：冷却泵1、冷却泵2 (组合成冷却泵组）
[0048] 制冷制热设备层：冷机1、冷机2 (组合冷机冷冻侧组）
[0049] 冷热输配第一层：冷冻泵1、冷冻泵2 (组合成冷冻泵组）
[0050] 第一级用户层：建筑
[0051] 连接关系为：冷却塔组一冷却泵组，冷却泵1 -冷机1冷却侧，冷却泵2 -冷机2 冷却侧，冷机冷却侧组一冷却塔组，冷机冷冻侧组一冷冻泵组，冷冻泵组一建筑，建筑一冷 机冷冻侧组；
[0052] 在实际系统中冷却塔侧和建筑侧都设有旁通管（图中未表示），可以将冷却塔侧 的旁通管看成是与冷却塔并列成组的设备、将建筑侧的旁通管看成是与建筑并列成组的设 备，都可采用上述两种方式表述它们的连接关系；
[0053] 不同设备间的运行约束包括：
[0054] 1、冷机/锅炉启停间隔时间，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；
[0055] 2、部分设备不能同时启动，例如受变压器容量限制，同一个变压器供电的3台冷 机只能同时启动2台。
[0056] S2、建立设备邻接关系矩阵，设备邻接关系矩阵根据设备连接关系建立；以图2为 例，设备邻接关系矩阵可以表2的形式呈现：
[0057]
[0058] 表 2
[0059] 根据设备邻接关系矩阵，可以方便的检测出与某个设备处于同一个水循环中的其 它设备，以"冷机1冷冻侧"为例，对应一行上包含两个1，分别对应"冷冻泵1"和"冷冻泵 2"，而"冷冻泵1"和"冷冻泵2"对应行上包含的1，表示它们均与"建筑"相连，而"建筑" 一行包含的两个1表示"建筑"又连接"冷机1冷冻侧"和"冷机2冷冻侧"，通过阀门状态、 水泵状态等可以大致推算或模拟出整个水循环各支路的水流量。
[0060] S3、建立用户界面生成模块，用户界面生成模块根据设备连接关系将代表不同设 备的图标显示在用户界面上，并用代表管道的图形将设备图标连接起来，用户界面生成模 块自动将设备属性、设备运行要求和设备运行参数与对应设备的图标绑定，用户通过点击 代表某个设备的图标获得对应设备的信息或者向对应设备发出控制指令；
[0061] S4、建立优化控制模块，优化控制模块将能源站的当前运行状态作为初始状态，将 设备连接关系、各台设备的设备运行要求和不同设备间的运行约束作为约束条件，将能源 站的能耗最小化作为优化目标利用搜索寻优的手段来获得能源站未来一个时间段内的运 行计划，将控制问题转化为优化问题，完全避免了人工设计控制逻辑的繁复劳动。运行计 划包含了未来一段时间内，在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指 令；以表3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，不同的设备可 以包含不同的控制指令；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：〇表示关机，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：〇表示关 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）；
[0063] 表 3
[0064] 优化控制模块建立优化目标函数J=m+k*n，其中J为优化目标值，m为能源站的 各个设备未来一个时间段内的能耗成本，n为能源站未来一个时间段内供水温度与达标温 度之间的差，k为惩罚系数，优化控制模块通过以下步骤完成一次优化操作来获得能源站未 来一个时间段内的运行计划：
[0065]S41、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\，例如，1号冷机当前供水温度设定为10°c，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°C;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\放入休眠队列中，活跃队列为空，计算初始运行计划S。所对应的优化 目标值JQ ;
[0066]S42、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；
[0067]S43、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Si，调整Si*-个或多个设备的控制指令，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单体设备运行要求（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，生成新的运行计划Si' ；
[0068] S44、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/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/所对应的优化目标值J/，并且将运行计划S/ 放入到休眠队列中，如果不合理则将运行计划S/放入活跃队列；
[0069] S45、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S42。
[0070] 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。为了估算t时刻的供水温度，需要t_l时刻的回水温度（t_l= 0 时该回水温度可以取实时数据），t_l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_l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_l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）；
[0071] 执行步骤S44过程中判断水冷冷机的冷却水温度是否满足要求时，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）；
[0072] 上述估算过程中需要根据设备邻接关系矩阵，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，需要根据设备的性能曲线估计各个设备在给定流量与运行参 数下的能耗，用以计算能源站各设备未来各个时间段上的能耗成本。
[0073] S5、建立危险操作防止模块，通过以下步骤对即将发往能源站各个设备的控制指 令的安全性进行判断：
[0074] S51、模拟控制指令生效，利用设备邻接关系矩阵来估算能源站各水循环支路的水 流量；
[0075] S52、将估算的能源站各水循环支路的水流量与能源站各台设备的运行要求中允 许的流量范围（例如：冷机的冷冻水流量范围，水冷冷机的冷却水流量范围）进行比较，如 果不合格则拒绝控制指令并在用户界面上给出提示，如果合格则进行下一步；
[0076] S53、模拟控制指令生效，计算得到能源站的各个设备的时间参数，例如冷机本次 运行/停机的累计时间；
[0077] S54、将每台设备的时间参数与该设备的运行要求中对运行时间的要求（例如：关 机前最短运行时间、启动前最短停机时间）进行比较，如果合格便放行控制指令，否则拒绝 控制指令并在用户界面上给出提示。
[0078] 以图2为例：假设冷冻水泵没有打开，冷机处于停机状态，用户试图启动冷机1， 这一开机指令首先被送到危险操作防止模块，该模块根据设备邻接关系矩阵和当前运行参 数知道与冷机1相连的所有冷冻水泵都在停机状态，提供的水流为0,不满足冷机1运行所 需的冷冻水流要求，将拒绝该指令并提示用户；再举个例子：假设当前两台冷机在运行中， 两台冷冻水泵也在运行，每台冷机运行时对冷冻水的最低要求为单台冷冻水泵额定流量的 50% (已在设备运行要求中说明），现在用户发指令试图关闭冷冻泵1，这一指令首先被送 到危险操作防止模块，该模块根据设备邻接关系矩阵估算出冷冻泵1关闭后，正在运行的 冷冻泵2将向两台冷机供水，每台能分到50%的流量，仍然能够满足两台运行冷机对冷冻 水的最低需要，并且冷冻泵1已运行足够长的时间，将放行该指令；若冷冻泵1停机后，用 户试图关闭冷冻泵2,这一指令仍首先被送到危险操作 防止模块，该模块根据设备邻接关系 矩阵估算出冷冻泵2关闭后，两台冷机的冷冻水流量皆为0,运行冷机对冷冻水的最低要求 无法满足，将拒绝该指令并提示用户。再举个例子：假设两台冷机已停机但冷冻水阀门都 开着，两台冷冻水泵也开着，每台冷机冷冻水管最多能通过单台冷冻水泵额定流量的150% (已在设备运行要求中说明），用户试图关闭冷机1的冷冻水阀门，这一指令被送到危险操 作防止模块，该模块根据设备邻接关系矩阵估算出冷机1的冷冻水阀门关闭后，冷冻水泵1 和冷冻水泵2的水流都将进入冷机2,这样就超过了冷机2能够承受的流量上限，将拒绝该 指令并提示用户。无论是优化控制模块还是操作界面上输入的控制指令都将被送到危险操 作防止模块，只有当指令无害时才会被送往实际的能源站，工程师无需付出额外的劳动、能 源站群控系统就可以具有完备的危险操作防止机制。
[0079] S6、建立统计报表模块，统计报表模块根据能源站数据模型对设备运行参数的约 定，将用户简要的统计要求转化成具体的数据检索和汇总要求，对相应数据进行检索和汇 总，并将汇总结果呈现在用户界面上。统计报表模块要求将能源站的各个设备的运行参数 按照一定的时间间隔（例如1分钟1次）储存到数据库中。查询报表时，利用能源站数据 模型对设备各项参数的约定，报表模块可以大幅度简化用户的统计工作。用户只需在操作 上定义查询的时间段、查询的范围（所有设备或者部分设备）以及查询的内容（运行时间、 运行能耗等），报表模块会根据能源站数据模型的参数约定生成数据检索的具体要求，到数 据库中检索对应数据并汇总输出，免除了用户一个个汇总参数项的工作；例如用户希望知 道全能源站一段时间内的电耗，那么报表模块会将所有设备的电功率参数项汇总起来（因 为能源站数据模型规定了各种设备的电功率对应哪一参数项），从数据库中检索出与它们 对应的数据并累计起来输出；再例如用户希望知道全能源站一段时间内所有冷机的运行时 间，那么报表模块会将所有冷机的运行状态参数项汇总起来（因为能源站数据模型规定了 各种设备的运行状态对应哪一参数项），从数据库中检索出与它们对应的数据，并将处于运 行状态的数据累计起来输出。
[0080] 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。
[0081] 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。
【主权项】
1. 一种能源站群控系统配置方法，其特征在于：包括以下步骤： 51、 建立能源站数据模型，所述能源站数据模型包括设备清单、设备连接关系、不同设 备间的运行约束以及所述设备清单中各个单体设备的设备类型、设备属性、设备运行要求 和设备运行参数； 52、 建立设备邻接关系矩阵，所述设备邻接关系矩阵根据所述设备连接关系建立； 53、 建立用户界面生成模块，所述用户界面生成模块根据所述设备连接关系将代表不 同设备的图标显示在用户界面上，并用代表管道的图形将设备图标连接起来，所述用户界 面生成模块自动将所述设备属性、设备运行要求和设备运行参数与对应设备的图标绑定， 用户通过点击代表某个设备的图标获得对应设备的信息或者向对应设备发出控制指令； 54、 建立优化控制模块，所述优化控制模块将能源站的当前运行状态作为初始状态， 将设备连接关系、各台设备的设备运行要求和不同设备间的运行约束作为约束条件，将能 源站的能耗最小化作为优化目标来获得能源站未来一个时间段内的运行计划，所述运行计 划包含了未来一段时间内，在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指 令； 55、 建立危险操作防止模块，所述危险操作防止模块根据所述设备邻接关系矩阵、不同 设备间的运行约束、设备运行要求和设备运行参数对即将发往能源站各个设备的控制指令 的安全性进行判断，如果判断为安全则放行，如果判断为危险则拒绝放行，并在用户界面上 给出提示；即将发往能源站各个设备的控制指令包括所述优化控制模块生产的运行计划和 操作人员输入的控制指令； 56、 建立统计报表模块，所述统计报表模块根据能源站数据模型对设备运行参数的约 定，将用户简要的统计要求转化成具体的数据检索和汇总要求，对相应数据进行检索和汇 总，并将汇总结果呈现在用户界面上。2. 如权利要求1所述的能源站群控系统配置方法，其特征在于：所述设备连接关系包 括层次连接和循环分支连接。3. 如权利要求2所述的能源站群控系统配置方法，其特征在于：所述优化控制模块建 立优化目标函数J=m+k*n，其中J为优化目标值，m为能源站的各个设备未来一个时间段内 的能耗成本，n为能源站未来一个时间段内供水温度与达标温度之间的差，k为惩罚系数， 所述优化控制模块通过以下步骤完成一次优化操作来获得能源站未来一个时间段内的运 行计划： 541、 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Stl，将初始运 行计划Stl放入所述休眠队列中，活跃队列为空，计算初始运行计划S^所对应的优化目标值 J〇; 542、 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； 543、 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Si，调整Si*-个或多个设备的控制指令，生成新的运行计划S/ ; 544、 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/的合理性，如 果合理则计算运行计划S/所对应的优化目标值J/，并且将运行计划S/放入到休眠队列 中，如果不合理则将运行计划S/放入活跃队列； S45、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S42。4.如权利要求3所述的能源站群控系统配置方法，其特征在于：所述危险操作防止模 块通过以下步骤对即将发往能源站各个设备的控制指令的安全性进行判断： 551、 模拟所述控制指令生效，利用设备邻接关系矩阵来估算能源站各水循环支路的水 流量； 552、 将估算的能源站各水循环支路的水流量与能源站各台设备的设备运行要求中允 许的流量范围进行比较，如果不合格则拒绝所述控制指令并在用户界面上给出提示，如果 合格则进行下一步； 553、 模拟所述控制指令生效，计算得到能源站的各个设备的时间参数； 554、 将每台设备的所述时间参数与该设备的设备运行要求中对运行时间的要求进行 比较，如果合格便放行所述控制指令，否则拒绝所述控制指令并在用户界面上给出提示。
【专利摘要】本发明提供了一种能源站群控系统配置方法，包括以下步骤：S1、建立能源站数据模型；S2、建立设备邻接关系矩阵；S3、建立用户界面生成模块；S4、建立优化控制模块；S5、建立危险操作防止模块；S6、建立统计报表模块，这种能源站群控系统配置方法将能源站群控系统的配置工作绝大多数交给了计算机完成，避免了人为的疏忽、偏见、和错误。工程师按照本发明的要求将代表能源站的数据模型输入计算机，计算机使用本发明提供的软件模块就可自动完成优化控制、危险操作防止、操作界面生成、数据统计等工作。
【IPC分类】G05B19/418
【公开号】CN104898604
【申请号】CN201510164635
【发明人】叶晨洲
【申请人】南京优助智能科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月8日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及能源站控制技术领域，尤其涉及一种能源站群控系统配置方法。
【背景技术】
[0002] 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。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配置方法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。
[0003] 目前，控制器中预设的配置方法以及上位机控制软件的编制过程如下：工程师根 据现场情况实现不同设备加减机的控制逻辑，加入各种危险操作防止逻辑（例如冷冻/冷 却水流未建立，不允许发冷冻机启动命令），加入设备故障时的应对措施（例如水泵无法在 规定时间内启动，紧急启动备用水泵），采用图形化组态软件设计用户界面（在计算机屏幕 上用不同的图形表示不同的设备，用户可以形象地监控能源站的运行）。更高级的群控系统 要求工程师编制软件汇总能源站能耗、运行时间等方面的信息甚至能够采用合理的控制策 略减少运行中的能源消耗。
[0004] 一些厂商提供模块化程序，工程师根据能源站中设备的组合方式，利用这些模块 程序快速实现能源站的自动控制。此外，多数厂商提供标准的图形库，工程师可以方便地挑 选表示冷机、水泵、管道等设备的图标搭建直观形象的操作界面。
[0005] 由于能源站运行过程中可能面临各种不同的情况，群控系统的配置在很多情况下 是一项艰巨的任务。假设一个能源站只含10个设备，每个设备只考虑"开"、"关"、和"异常"3 种状态（不考虑可连续调节的运行参数例如变频水泵的转速，或者冷冻机的供水温度），那 么设计一套满足基本控制要求的自动化群控系统至少要考虑3 1(1状态组合。同样的，因为每 个能源站中设备的连接关系多种多样，出现冷机或锅炉缺水、水泵堵转等危险情况的的原 因也五花八门，要杜绝可能的危险操作，需要工程师在设计危险操作防止逻辑时事先罗列 各种可能的危险操作。除此之外，工程师还需手工完成用户界面、报表、节能策略方面的工 作。在现实情况下实现该群控系统所需的工作量远远超过项目允许投入的人力和时间。导 致大部分能源站的群控系统不能实现自动化运行的功能，造成了大量的投资和能源浪费。
[0006] 提供模块化程序的方法可以避免工程师从头开始实现能源站的自动控制，快速实 现设备的顺序控制或台数控制（这些模块通常能够完成一个局部的功能），但要求工程师 熟悉这些模块的功能，并为这些模块的配置、修改、组合付出大量劳动。控制模块没有减轻 工程师在危险操作防止、用户界面、节能策略、能效统计方面的设计和配置工作。这些设计 和配置工作中的一大部分需要考虑设备间的连接关系（例如冷冻机如何与冷却水泵相连， 又如何与冷冻水泵相连）和数据绑定（例如冷机的运行状态是从哪个存储地址获得的）。 由于传统配置方式下控制、危险操作防止、用户界面、节能策略、能效统计这五项工作独立 进行，存在大量的重复配置工作。以某台冷机的运行状态为例，工程师不仅要将该点绑定到 控制模块的输入上，还需将这个点绑定到图形界面上，甚至还要将这个点位配置到数据库 和报表中。不仅如此，工程师在配置控制功能中考虑的设备连接关系，在设计危险操作防止 逻辑时需要重新考虑，在设计图形界面过程中又需要重新描述，在能效统计和节能策略中 还需描述相同的连接关系。
[0007] 这种反复配置不仅大大增加了初次配置的负担，也为后期维护带来很大压力。如 果某个点位的物理地址或者属性发生了改变，工程师需要修改多个地方才能保持群控系统 中信息的一致性。大量的配置信息也为群控系统维护工作的交接带来了沉重负担。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的技术问题是：针对现有技术中的配置能源站群控系统所需的工作 量远远超过项目允许投入的人力和时间，导致大部分能源站的群控系统不能实现自动化运 行的功能，造成了大量的投资和能源浪费的不足，本发明提供了一种能源站群控系统配置 方法首先为能源站设计了一个能源站数据模型，按照统一的约定描述能源站的各个设备的 各项信息，提供用户界面生成模块、优化控制模块、危险操作防止模块和统计报表模块，自 动实现能源站设备的优化（节能）控制、危险操作防止、操作界面生成和数据统计（能效审 计等）。
[0009] 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配置方法，包 括以下步骤：
[0010]S1、建立能源站数据模型，所述能源站数据模型包括设备清单、设备连接关系、不 同设备间的运行约束以及所述设备清单中各个单体设备的设备类型、设备属性、设备运行 要求和设备运行参数；
[0011]S2、建立设备邻接关系矩阵，所述设备邻接关系矩阵根据所述设备连接关系建 立；
[0012] S3、建立用户界面生成模块，所述用户界面生成模块根据所述设备连接关系将代 表不同设备的图标显示在用户界面上，并用代表管道的图形将设备图标连接起来，所述用 户界面生成模块自动将所述设备属性、设备运行要求和设备运行参数与对应设备的图标绑 定，用户通过点击代表某个设备的图标获得对应设备的信息或者向对应设备发出控制指 令；
[0013]S4、建立优化控制模块，所述优化控制模块将能源站的当前运行状态作为初始状 态，将设备连接关系、各台设备的设备运行要求和不同设备间的运行约束作为约束条件，将 能源站的能耗最小化作为优化目标来获得能源站未来一个时间段内的运行计划，所述运行 计划包含了未来一段时间内，在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 指令；
[0014]S5、建立危险操作防止模块，所述危险操作防止模块根据所述设备邻接关系矩阵、 不同设备间的运行约束、设备运行要求和设备运行参数对即将发往能源站各个设备的控制 指令的安全性进行判断，如果判断为安全则放行，如果判断为危险则拒绝放行，并在用户界 面上给出提示；即将发往能源站各个设备的控制指令包括所述优化控制模块生产的运行计 划和操作人员输入的控制指令；
[0015]S6、建立统计报表模块，所述统计报表模块根据能源站数据模型对设备运行参数 的约定，将用户简要的统计要求转化成具体的数据检索和汇总要求，对相应数据进行检索 和汇总，并将汇总结果呈现在用户界面上。
[0016] 具体的，所述设备连接关系包括层次连接和循环分支连接。
[0017] 作为优选，所述优化控制模块建立优化目标函数J=m+k*n，其中J为优化目标值， m为能源站的各个设备未来一个时间段内的能耗成本，n为能源站未来一个时间段内供水 温度与达标温度之间的差，k为惩罚系数，所述优化控制模块通过以下步骤完成一次优化操 作来获得能源站未来一个时间段内的运行计划：
[0018]S41、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\，将初 始运行计划\放入所述休眠队列中，活跃队列为空，计算初始运行计划S^所对应的优化目 标值Jo;
[0019]S42、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；
[0020] S43、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Sp调整Si*-个或多个设备的控制指令，生成新的运行计划S/;
[0021]S44、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/的合理 性，如果合理则计算运行计划S/所对应的优化目标值J/，并且将运行计划S/放入到休眠 队列中，如果不合理则将运行计划S/放入活跃队列；
[0022] S45、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S42。
[ 0023] 具体的，所述危险操作防止模块通过以下步骤对即将发往能源站各个设备的控制 指令的安全性进行判断：
[0024]S51、模拟所述控制指令生效，利用设备邻接关系矩阵来估算能源站各水循环支路 的水流量；
[0025]S52、将估算的能源站各水循环支路的水流量与能源站各台设备设备运行要求中 允许的流量范围进行比较，如果不合格则拒绝所述控制指令并在用户界面上给出提示，如 果合格则进行下一步；
[0026] S53、模拟所述控制指令生效，计算得到能源站的各个设备的时间参数；
[0027]S54、将每台设备的所述时间参数与该设备的设备运行要求中对运行时间的要求 进行比较，如果合格便放行所述控制指令，否则拒绝所述控制指令并在用户界面上给出提 不〇
[0028]本发明的有益效果是，这种能源站群控系统配置方法将能源站群控系统的配置工 作绝大多数交给了计算机完成，避免了人为的疏忽、偏见、和错误。工程师按照本发明的要 求将代表能源站的数据模型输入计算机，计算机使用本发明提供的软件模块就可自动完成 优化控制、危险操作防止、操作界面生成、数据统计等工作。现场发生改变时只需修改数据 模型保持它与现场一致，重新将该数据模型输入计算机，计算机就可完成所有必要的修改。 能源站数据模型将现场的各种信息与要求标准化了，使得计算机软件有了足够信息进行自 动加工。避免了人工配置过程中反复使用相同的信息重复进行配置，而计算机却由于没有 足够信息帮不上忙的困境。由于极大地消除了人为影响，而让计算机担当人难以胜任的复 杂任务（设计成千上万的控制或保护逻辑），这一发明有助于提高群控系统的可用率。
【附图说明】
[0029] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0030] 图1是本发明的能源站群控系统配置方法最优实施例的系统框图。
[0031] 图2是用以举例说明本发明的能源站群控系统配置方法的工作流程的简易能源 站的结构图。
【具体实施方式】
[0032] 下面详细描述本发明的实施例，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。
[0033] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"第一"、"第二"等仅用于描述目的，而不 能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定 和限定，术语"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接， 或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介 间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具 体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，"多个"的含义是两个或两个以上。
[0034] 流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括 一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部 分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺 序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明 的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0035] 如图1所示，本发明提供了一种能源站群控系统配置方法，包括以下步骤：
[0036] S1、建立能源站数据模型，能源站数据模型包括设备清单、设备连接关系、不同设 备间的运行约束以及设备清单中各个单体设备的设备类型、设备属性、设备运行要求和设 备运行参数；其中设备类型包括空调用户、冷机、锅炉、水泵、冷却塔和地埋管等，设备运行 参数需要与设备各项参数的物理地址绑定，这样能源站群控系统可以获得各个设备的运行 状态并在需要时向它们发出控制指令，不同类型设备对应的设备属性、设备运行要求和设 备运行参数如表1所示：
[0039]
[0040] 表 1
[0041] 设备连接关系可以采用循环分支连接和层次连接两种表述形式，循环分支连接是 根据能源站各个水循环采用循环、分支和分组描述设备间的连接关系；其中循环是指一个 环路，水从一点出发经过各种设备或设备组合后又回到这一点；分支是指一段管路从一点 出发经过不同的设备或者设备组合后到达另一点（只含有单一设备的分支通常直接用设 备表示）；而分组是指管路从起点开始分成2条或2条以上的分支，这些分支又汇合到同一 终点；由于冷机包含冷却水侧和冷冻水侧，它们分属于两个独立的水循环；以图2所示的简 易能源站为例，可以表不为：
[0042] 循环1 (冷冻水循环）：冷机组（冷机1、冷机2的冷冻水侧）一冷冻泵组（冷冻泵 1、冷冻泵2)-建筑；
[0043] 循环2 (冷却水循环）：冷却塔组（冷却塔1、冷却塔2)-设备分组（含2个分支， 分支1含冷却泵1和冷机1的冷却水侧，分支2含冷却泵2和冷机2的冷却水侧）；
[0044] 采用层次连接表述设备连接关系时，将能源站划分成散热层（包含冷却塔、地埋 管等）、散热循环层（包含冷却泵）、制冷制热设备层（包含冷机、锅炉、蓄冷设备等）、冷 热输配第一层（包含冷冻水一次泵）、第一级用户层（包含建筑物或者换热器）、冷热输配 第二层（包含冷冻水二次泵）、第二级用户层（包含建筑物、建筑物中的子空间、或者换热 器）、冷热输配第三层（包含冷冻水三次泵）、第三级用户层（包含建筑物、建筑物中的子空 间、或者换热器）…用户层可以无限扩展下去。将设备分层后，还需表述它们与其它层级设 备的连接关系。为了方便表示还可将同一层的设备组合成"组"，将"组"作为一个整体表示 它与其它层级的设备或"组"的连接关系；同样，由于水冷冷机包含冷却水管和冷冻水管，它 们分属于两个独立的水循环，为明确连接关系可以将冷机划分成冷却水侧和冷冻水侧两个 部分。
[0045] 以图2为例，可以表示为：
[0046] 散热层：冷却塔1、冷却塔2 (组合成冷却塔组）
[0047] 散热循环层：冷却泵1、冷却泵2 (组合成冷却泵组）
[0048] 制冷制热设备层：冷机1、冷机2 (组合冷机冷冻侧组）
[0049] 冷热输配第一层：冷冻泵1、冷冻泵2 (组合成冷冻泵组）
[0050] 第一级用户层：建筑
[0051] 连接关系为：冷却塔组一冷却泵组，冷却泵1 -冷机1冷却侧，冷却泵2 -冷机2 冷却侧，冷机冷却侧组一冷却塔组，冷机冷冻侧组一冷冻泵组，冷冻泵组一建筑，建筑一冷 机冷冻侧组；
[0052] 在实际系统中冷却塔侧和建筑侧都设有旁通管（图中未表示），可以将冷却塔侧 的旁通管看成是与冷却塔并列成组的设备、将建筑侧的旁通管看成是与建筑并列成组的设 备，都可采用上述两种方式表述它们的连接关系；
[0053] 不同设备间的运行约束包括：
[0054] 1、冷机/锅炉启停间隔时间，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；
[0055] 2、部分设备不能同时启动，例如受变压器容量限制，同一个变压器供电的3台冷 机只能同时启动2台。
[0056] S2、建立设备邻接关系矩阵，设备邻接关系矩阵根据设备连接关系建立；以图2为 例，设备邻接关系矩阵可以表2的形式呈现：
[0057]
[0058] 表 2
[0059] 根据设备邻接关系矩阵，可以方便的检测出与某个设备处于同一个水循环中的其 它设备，以"冷机1冷冻侧"为例，对应一行上包含两个1，分别对应"冷冻泵1"和"冷冻泵 2"，而"冷冻泵1"和"冷冻泵2"对应行上包含的1，表示它们均与"建筑"相连，而"建筑" 一行包含的两个1表示"建筑"又连接"冷机1冷冻侧"和"冷机2冷冻侧"，通过阀门状态、 水泵状态等可以大致推算或模拟出整个水循环各支路的水流量。
[0060] S3、建立用户界面生成模块，用户界面生成模块根据设备连接关系将代表不同设 备的图标显示在用户界面上，并用代表管道的图形将设备图标连接起来，用户界面生成模 块自动将设备属性、设备运行要求和设备运行参数与对应设备的图标绑定，用户通过点击 代表某个设备的图标获得对应设备的信息或者向对应设备发出控制指令；
[0061] S4、建立优化控制模块，优化控制模块将能源站的当前运行状态作为初始状态，将 设备连接关系、各台设备的设备运行要求和不同设备间的运行约束作为约束条件，将能源 站的能耗最小化作为优化目标利用搜索寻优的手段来获得能源站未来一个时间段内的运 行计划，将控制问题转化为优化问题，完全避免了人工设计控制逻辑的繁复劳动。运行计 划包含了未来一段时间内，在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指 令；以表3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，不同的设备可 以包含不同的控制指令；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：〇表示关机，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：〇表示关 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）；
[0063] 表 3
[0064] 优化控制模块建立优化目标函数J=m+k*n，其中J为优化目标值，m为能源站的 各个设备未来一个时间段内的能耗成本，n为能源站未来一个时间段内供水温度与达标温 度之间的差，k为惩罚系数，优化控制模块通过以下步骤完成一次优化操作来获得能源站未 来一个时间段内的运行计划：
[0065]S41、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\，例如，1号冷机当前供水温度设定为10°c，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°C;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\放入休眠队列中，活跃队列为空，计算初始运行计划S。所对应的优化 目标值JQ ;
[0066]S42、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；
[0067]S43、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Si，调整Si*-个或多个设备的控制指令，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单体设备运行要求（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，生成新的运行计划Si' ；
[0068] S44、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/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/所对应的优化目标值J/，并且将运行计划S/ 放入到休眠队列中，如果不合理则将运行计划S/放入活跃队列；
[0069] S45、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S42。
[0070] 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。为了估算t时刻的供水温度，需要t_l时刻的回水温度（t_l= 0 时该回水温度可以取实时数据），t_l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_l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_l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）；
[0071] 执行步骤S44过程中判断水冷冷机的冷却水温度是否满足要求时，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）；
[0072] 上述估算过程中需要根据设备邻接关系矩阵，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，需要根据设备的性能曲线估计各个设备在给定流量与运行参 数下的能耗，用以计算能源站各设备未来各个时间段上的能耗成本。
[0073] S5、建立危险操作防止模块，通过以下步骤对即将发往能源站各个设备的控制指 令的安全性进行判断：
[0074] S51、模拟控制指令生效，利用设备邻接关系矩阵来估算能源站各水循环支路的水 流量；
[0075] S52、将估算的能源站各水循环支路的水流量与能源站各台设备的运行要求中允 许的流量范围（例如：冷机的冷冻水流量范围，水冷冷机的冷却水流量范围）进行比较，如 果不合格则拒绝控制指令并在用户界面上给出提示，如果合格则进行下一步；
[0076] S53、模拟控制指令生效，计算得到能源站的各个设备的时间参数，例如冷机本次 运行/停机的累计时间；
[0077] S54、将每台设备的时间参数与该设备的运行要求中对运行时间的要求（例如：关 机前最短运行时间、启动前最短停机时间）进行比较，如果合格便放行控制指令，否则拒绝 控制指令并在用户界面上给出提示。
[0078] 以图2为例：假设冷冻水泵没有打开，冷机处于停机状态，用户试图启动冷机1， 这一开机指令首先被送到危险操作防止模块，该模块根据设备邻接关系矩阵和当前运行参 数知道与冷机1相连的所有冷冻水泵都在停机状态，提供的水流为0,不满足冷机1运行所 需的冷冻水流要求，将拒绝该指令并提示用户；再举个例子：假设当前两台冷机在运行中， 两台冷冻水泵也在运行，每台冷机运行时对冷冻水的最低要求为单台冷冻水泵额定流量的 50% (已在设备运行要求中说明），现在用户发指令试图关闭冷冻泵1，这一指令首先被送 到危险操作防止模块，该模块根据设备邻接关系矩阵估算出冷冻泵1关闭后，正在运行的 冷冻泵2将向两台冷机供水，每台能分到50%的流量，仍然能够满足两台运行冷机对冷冻 水的最低需要，并且冷冻泵1已运行足够长的时间，将放行该指令；若冷冻泵1停机后，用 户试图关闭冷冻泵2,这一指令仍首先被送到危险操作 防止模块，该模块根据设备邻接关系 矩阵估算出冷冻泵2关闭后，两台冷机的冷冻水流量皆为0,运行冷机对冷冻水的最低要求 无法满足，将拒绝该指令并提示用户。再举个例子：假设两台冷机已停机但冷冻水阀门都 开着，两台冷冻水泵也开着，每台冷机冷冻水管最多能通过单台冷冻水泵额定流量的150% (已在设备运行要求中说明），用户试图关闭冷机1的冷冻水阀门，这一指令被送到危险操 作防止模块，该模块根据设备邻接关系矩阵估算出冷机1的冷冻水阀门关闭后，冷冻水泵1 和冷冻水泵2的水流都将进入冷机2,这样就超过了冷机2能够承受的流量上限，将拒绝该 指令并提示用户。无论是优化控制模块还是操作界面上输入的控制指令都将被送到危险操 作防止模块，只有当指令无害时才会被送往实际的能源站，工程师无需付出额外的劳动、能 源站群控系统就可以具有完备的危险操作防止机制。
[0079] S6、建立统计报表模块，统计报表模块根据能源站数据模型对设备运行参数的约 定，将用户简要的统计要求转化成具体的数据检索和汇总要求，对相应数据进行检索和汇 总，并将汇总结果呈现在用户界面上。统计报表模块要求将能源站的各个设备的运行参数 按照一定的时间间隔（例如1分钟1次）储存到数据库中。查询报表时，利用能源站数据 模型对设备各项参数的约定，报表模块可以大幅度简化用户的统计工作。用户只需在操作 上定义查询的时间段、查询的范围（所有设备或者部分设备）以及查询的内容（运行时间、 运行能耗等），报表模块会根据能源站数据模型的参数约定生成数据检索的具体要求，到数 据库中检索对应数据并汇总输出，免除了用户一个个汇总参数项的工作；例如用户希望知 道全能源站一段时间内的电耗，那么报表模块会将所有设备的电功率参数项汇总起来（因 为能源站数据模型规定了各种设备的电功率对应哪一参数项），从数据库中检索出与它们 对应的数据并累计起来输出；再例如用户希望知道全能源站一段时间内所有冷机的运行时 间，那么报表模块会将所有冷机的运行状态参数项汇总起来（因为能源站数据模型规定了 各种设备的运行状态对应哪一参数项），从数据库中检索出与它们对应的数据，并将处于运 行状态的数据累计起来输出。
[0080] 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。
[0081] 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。
【主权项】
1. 一种能源站群控系统配置方法，其特征在于：包括以下步骤： 51、 建立能源站数据模型，所述能源站数据模型包括设备清单、设备连接关系、不同设 备间的运行约束以及所述设备清单中各个单体设备的设备类型、设备属性、设备运行要求 和设备运行参数； 52、 建立设备邻接关系矩阵，所述设备邻接关系矩阵根据所述设备连接关系建立； 53、 建立用户界面生成模块，所述用户界面生成模块根据所述设备连接关系将代表不 同设备的图标显示在用户界面上，并用代表管道的图形将设备图标连接起来，所述用户界 面生成模块自动将所述设备属性、设备运行要求和设备运行参数与对应设备的图标绑定， 用户通过点击代表某个设备的图标获得对应设备的信息或者向对应设备发出控制指令； 54、 建立优化控制模块，所述优化控制模块将能源站的当前运行状态作为初始状态， 将设备连接关系、各台设备的设备运行要求和不同设备间的运行约束作为约束条件，将能 源站的能耗最小化作为优化目标来获得能源站未来一个时间段内的运行计划，所述运行计 划包含了未来一段时间内，在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指 令； 55、 建立危险操作防止模块，所述危险操作防止模块根据所述设备邻接关系矩阵、不同 设备间的运行约束、设备运行要求和设备运行参数对即将发往能源站各个设备的控制指令 的安全性进行判断，如果判断为安全则放行，如果判断为危险则拒绝放行，并在用户界面上 给出提示；即将发往能源站各个设备的控制指令包括所述优化控制模块生产的运行计划和 操作人员输入的控制指令； 56、 建立统计报表模块，所述统计报表模块根据能源站数据模型对设备运行参数的约 定，将用户简要的统计要求转化成具体的数据检索和汇总要求，对相应数据进行检索和汇 总，并将汇总结果呈现在用户界面上。2. 如权利要求1所述的能源站群控系统配置方法，其特征在于：所述设备连接关系包 括层次连接和循环分支连接。3. 如权利要求2所述的能源站群控系统配置方法，其特征在于：所述优化控制模块建 立优化目标函数J=m+k*n，其中J为优化目标值，m为能源站的各个设备未来一个时间段内 的能耗成本，n为能源站未来一个时间段内供水温度与达标温度之间的差，k为惩罚系数， 所述优化控制模块通过以下步骤完成一次优化操作来获得能源站未来一个时间段内的运 行计划： 541、 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Stl，将初始运 行计划Stl放入所述休眠队列中，活跃队列为空，计算初始运行计划S^所对应的优化目标值 J〇; 542、 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； 543、 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Si，调整Si*-个或多个设备的控制指令，生成新的运行计划S/ ; 544、 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/的合理性，如 果合理则计算运行计划S/所对应的优化目标值J/，并且将运行计划S/放入到休眠队列 中，如果不合理则将运行计划S/放入活跃队列； S45、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S42。4.如权利要求3所述的能源站群控系统配置方法，其特征在于：所述危险操作防止模 块通过以下步骤对即将发往能源站各个设备的控制指令的安全性进行判断： 551、 模拟所述控制指令生效，利用设备邻接关系矩阵来估算能源站各水循环支路的水 流量； 552、 将估算的能源站各水循环支路的水流量与能源站各台设备的设备运行要求中允 许的流量范围进行比较，如果不合格则拒绝所述控制指令并在用户界面上给出提示，如果 合格则进行下一步； 553、 模拟所述控制指令生效，计算得到能源站的各个设备的时间参数； 554、 将每台设备的所述时间参数与该设备的设备运行要求中对运行时间的要求进行 比较，如果合格便放行所述控制指令，否则拒绝所述控制指令并在用户界面上给出提示。
【专利摘要】本发明提供了一种能源站群控系统配置方法，包括以下步骤：S1、建立能源站数据模型；S2、建立设备邻接关系矩阵；S3、建立用户界面生成模块；S4、建立优化控制模块；S5、建立危险操作防止模块；S6、建立统计报表模块，这种能源站群控系统配置方法将能源站群控系统的配置工作绝大多数交给了计算机完成，避免了人为的疏忽、偏见、和错误。工程师按照本发明的要求将代表能源站的数据模型输入计算机，计算机使用本发明提供的软件模块就可自动完成优化控制、危险操作防止、操作界面生成、数据统计等工作。
【IPC分类】G05B19/418
【公开号】CN104898604
【申请号】CN201510164635
【发明人】叶晨洲
【申请人】南京优助智能科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月8日
最新回复(0)